Схема роботи камерного рекуператора типу. Що таке повітряний рекуператор? Принцип роботи та різновиди. Рекуператор водяний та розміщений на даху

Всім відомо, що існує велика різноманітність систем для вентиляції приміщення. Найпростішими є системи відкритого типу (природні), наприклад, з використанням вікна чи кватирки.

Але такий спосіб вентилювання абсолютно не економічний. Крім того, для ефективної вентиляції потрібно мати постійно відкрите вікноабо наявність протягу. Тому такий тип вентиляції буде вкрай неефективним. Для вентиляції житлових приміщень все частіше використовується приточна вентиляціяіз рекуперацією тепла.

Простими словами рекуперація тотожна слову «збереження». Рекуперація тепла – збереження теплової енергії. Це відбувається за рахунок того, що потік повітря, який виходить з приміщення, охолоджує або підігріває повітря, що входить усередину. Схематично процес рекуперації можна представити у такому вигляді:

Вентиляція з рекуперацією тепла відбувається за таким принципом, який повинен розділити потоки особливостями конструкції рекуператора, щоб уникнути змішування. Однак, наприклад, роторні теплообмінники не дозволяють повністю ізолювати припливне повітря від вихідного.

Відсоток ККД рекуператора може коливатися в районі від 30 до 90%. Для спеціальних установок цей показник може становити 96% збереження енергії.

Що таке повітряний рекуператор

За своєю конструкцією рекуператор повітря-повітря – установка для утилізації тепла вихідної повітряної маси, яка дозволяє максимально раціонально використовувати тепло чи холод.

Чому варто обрати рекупераційну вентиляцію

Вентиляція, що ґрунтується на рекуперації тепла, має дуже високі показники ККД. Даний показник розраховується за співвідношенням тепла, яке виробляє рекуператор насправді, максимальної кількостітепла, яке тільки можна зберегти.

Які бувають різновиди рекуператорів повітря

На сьогоднішній день вентиляція з рекуперацією тепла може здійснюватись п'ятьма видами рекуператорів:

Пластинчастий, який має металеву конструкціюі має високим рівнемвологопроникності;
Роторний;
Камерний тип;
Рекуператор із проміжним носієм тепла;
Теплові труби

Вентиляція будинку з рекуперацією тепла з використанням першого типу рекуператорів, дозволяє потокам повітря з усіх боків обтікати безліч металевих пластин з підвищеною теплопровідністю. ККД рекуператорів даного типустановить від 50 до 75%.

Особливості влаштування пластинчастих рекуператорів

Повітряні маси не контактують;
Усі деталі закріплені;
Нема рухомих елементів конструкції;
Чи не утворюється конденсат;
Неможливе застосування як осушувач приміщення.

Особливості роторних рекуператорів

Роторний тип рекуператорів має особливості конструкції, за допомогою яких передача тепла відбувається між припливним та вихідним каналом ротора.

Роторні рекуператори покриваються фольгою.

ККД до 85%;
Економить електроенергію;
Застосовуємо для осушення приміщення;
Змішує до 3% повітря різних потоків, у зв'язку з чим можуть передаватися запахи;
Складна механічна конструкція

Припливно-витяжна вентиляція з рекуперацією тепла, в основі якої використовуються камерні рекуператори, використовується вкрай рідко, оскільки має безліч недоліків:

Показник ККД до 80%;
Змішування зустрічних потоків, у зв'язку з чим підвищується передача запахів;
Рухливі деталі конструкції.

Рекуператори на основі проміжного теплоносія має у конструкції водно-гліколевий розчин. Іноді у ролі такого теплоносія може виступити звичайна вода

Особливості рекуператорів із проміжним носієм тепла

Вкрай низький показник ККД до 55%;
Повністю виключається змішування потоків повітря;
Сфера застосування – великі виробництва.

Вентиляція з рекуперацією тепла на основі теплових труб часто складається з розгалуженої системи трубок, в яких знаходиться фреон. Рідина випаровується при нагріванні. У протилежній частині рекуператора фреон остигає, у результаті часто утворюється конденсат.

Особливості рекуператорів із тепловими трубами

Немає рухомих елементів;
Цілком виключена можливість забруднення повітря запахами;
Середній показник ККД – від 50 до 70%.

Сьогодні випускаються компактні установки для рекуперації повітряних мас. Однією з головних переваг мобільних рекуператорів є відсутність необхідності в повітроводах.

Основні цілі рекуперації тепла

Вентиляцію, засновану на рекуперації тепла, застосовують для підтримки необхідного рівня вологи та температури усередині приміщення.
Для здоров'я шкіри. Як це не дивно, але системи з рекуперацією тепла мають позитивний вплив на шкіру людини, яка постійно буде зволожена та ризик пересихання зводиться до мінімуму.
Щоб уникнути пересихання меблів та скрипучої підлоги.
Для підвищення ймовірності виникнення статичної електрики. Дані критерій знають не всі, але при підвищеній статичній напрузі цвіль і грибки набагато повільніше розвиваються.

Правильно підібрана припливно-витяжна вентиляція з рекуперацією тепла для вашого будинку дозволить вам значно заощадити на опаленні. зимовий періодта кондиціонер у літній. Крім того, такий вид вентиляції сприятливо впливає на людський організм, від чого ви менше хворітимете, а ризик виникнення грибка в будинку буде зведений до мінімуму.

Будь-яке закрите приміщення потребує щоденного провітрювання, але іноді цього буває недостатньо для створення комфортного та приємного мікроклімату. У холодну пору року, коли відкриті вікна в режимі провітрювання, швидко йде тепло, а це призводить до зайвих витрат на опалення. У літній часроку багато хто користується кондиціонерами, але разом із охолодженим проникає і гаряче повітря з вулиці.

Щоб врівноважити температуру і зробити повітря свіжішим, винайдено такий пристрій, як рекуператор повітря. У зимовий часвоно дозволяє не втратити кімнатне тепло, а в літню спеку не дає проникнути в приміщення гарячого повітря.

Що таке рекуператор?

У перекладі з латинського слово рекуператор означає - зворотне отримання чи повернення, щодо повітря мається на увазі повернення теплової енергії, яка виноситься з повітрям через систему вентиляції. Такий пристрій, як рекуператор повітря справляється із завданням вентиляції, врівноваження двох повітряних потоків.

Принцип роботи пристрою дуже простий, через різницю температури відбувається теплообмін, за рахунок цього температура повітря вирівнюється. У рекуператорі є теплообмінник із двома камерами, вони пропускають через себе витяжний та припливний потоки повітря. Накопичений конденсат, який утворюється через різницю температури, автоматично видаляється з рекуператора.

Система рекуперації дозволяє не лише вентилювати повітря у приміщенні, вона значно заощаджує витрати на опалення, оскільки ефективно скорочує втрати тепла. Рекуператор здатний зберегти більше 2/3тепла, що йде з приміщення, а це означає, що пристрій вдруге використовує теплову енергіюв одному технологічному циклі.

Класифікація пристроїв

Рекуператори відрізняються схемами руху теплоносіїв і конструкції, а також за своїм призначенням. Чи є кілька типів рекуператорів?

Пластинчасті
Роторні
Водні
Пристрої, які можна розміщувати на даху.

Пластинчасті рекуператори

Вони вважаються найпоширенішими, оскільки ціна їх невисока, але досить ефективні. Теплообмінник, розташований усередині пристрою, складається з однієї або декількох пластин з міді або алюмініюпластику, дуже міцної целюлози, вони знаходяться в нерухомому стані. Повітря, потрапляючи в пристрій, проходить через ряд касет і не поєднується, в процесі роботи відбувається одночасний процес охолодження та підігріву.

Пристрій дуже компактний і надійний, він практично не виходить з ладу. Рекуператори пластинчастого типу функціонують без споживання електроенергії, що є важливою перевагою. Серед недоліків пристрою - у морозну погоду пластинчаста модель працювати не може, вологообмін неможливий через обмерзання. витяжного пристрою. Його витяжні канали збирають конденсат, який замерзає за мінусової температури.

Роторні рекуператори

Такий пристрій працює від електроенергії, його лопаті від одного або двох роторів. повинні обертатися під час роботипісля чого відбувається рух повітря. Зазвичай вони мають циліндричну формуз пластинами, щільно встановленими і барабаном всередині Обертати їх змушують потоки повітря, спочатку виходить кімнатне повітряа потім, змінюючи напрямок, повітря надходить назад з вулиці.

Слід зазначити, що роторні пристрої мають більші розміри, але ККД у них набагато вищийніж у пластинчастих. Вони відмінно підходять для великих приміщень- залів, торгових центрів, лікарень, ресторанів, тому для дому їх купувати недоцільно. Серед мінусів варто відзначити дорогий вміст таких пристроїв, оскільки вони споживають багато електроенергії, їх непросто встановити через громіздкість, вони коштують дорого. Для монтажу необхідна вентиляційна камера через великих розмірівроторного рекуператора.

Рекуператор водяний та розміщений на даху

Рециркуляційні пристрої переносять теплову енергію в припливний теплообмінник за допомогою декількох теплоносіїв - води, антифризу та ін. Цей пристрій дуже схожий за продуктивністю на пластинчасті рекуператори, але відрізняється тим, що дуже нагадує водяну системуопалення. Недоліком є невисокий ККД та часте техобслуговування.

Рекуператор, який можна розмістити на даху, заощаджує простір у кімнаті. Його ККД складає максимум 68%, він не потребує експлуатаційних витрат, всі ці якості можна віднести до переваг такого типу. Мінусом є те, що такий рекуператор складно монтувати, для нього потрібна спеціальна система кріплення. Найчастіше такий тип використовують для об'єктів промислового призначення.

У будь-якому житловому будинку має бути спроектована та змонтована природна вентиляція, але на неї завжди впливають погодні умови, залежно від пори року, від цього залежить сила провітрювання. Якщо взимку у мороз вентиляційна система працює ефективно, то влітку вона практично не функціонує.

Герметичність житлового будинкуможна знизити шляхом покращення природної вентиляції, але вона даватиме відчутний результат тільки в холодну пору року. Тут є і негативна сторона, наприклад, з житлового будинку йтиме тепло, а холодне повітря, що надходить, вимагатиме додаткового обігріву.

Щоб такий процес вентиляції не був надто витратним для господарів будинку, потрібно використовувати тепло повітря, яке відводиться із приміщення. Необхідно зробити примусову циркуляціюповітря. Для цього проводиться розведення мережі припливних та витяжних повітроводів, потім встановити вентилятори. По них подаватиметься повітря в окремі приміщення і такий процес не буде пов'язаний з погодними умовами. Спеціально для цього встановлюється теплообмінник у місці перетину повітряних мас свіжих та забруднених.

Що пропонує рекуператор повітря?

Система рекуперації дозволяє звести до мінімуму відсоток змішування повітря, що надходить і витягується. Розділювачі, які є у пристрої, здійснюють цей процес. За рахунок передачі кордону енергії потоку відбувається теплообмін, струмені проходитимуть паралельно або перехресно. Система рекуперації має багато позитивних характеристик.

Спеціального типу ґрат на вході повітряних потоків утримують пил, комах, пилок і навіть бактерії з вулиці.
До приміщення надходить очищене повітря.
З приміщення виходить забруднене повітря, в якому можуть бути шкідливі компоненти.
Крім циркуляції відбувається очищення та утеплення припливних струменів.
Сприяє більш міцному та здоровому сну.

Позитивні властивості системи дають можливість застосовувати її у приміщеннях різного типудля створення більш комфортних температурних умов. Дуже часто вони використовуються в промислових приміщенняхде необхідна вентиляція великого простору. У таких місцях необхідно підтримувати постійну температуруповітря, із цим завданням справляються роторні рекуператори, які можуть працювати при температурі до +650 о С.

Висновок

Необхідний баланс свіжого та чистого повітряз нормальною вологістю зможе забезпечити система припливної та витяжної вентиляції. Встановивши рекуператор, можна вирішити багато проблем, пов'язаних також з економією енергетичних ресурсів.

Вибираючи для свого будинку рекуператор повітря, необхідно враховувати площу житлового приміщення, ступінь вологості в ньому та призначення пристрою. Обов'язково варто звернути увагу на вартість пристрою та можливість встановлення, його ККД, від якого залежатиме якість вентиляції всього будинку.

Перейменуйте тему. На лікнеп не тягне зовсім. Тягне тільки на піар.
Тепер виправлю трохи.
Плюси роторного рекуператора:
1. Високий ККД передачі тепла
Так згоден. Найвищий ККД серед побутових вентсистем.
2. Осушує повітря в приміщенні, тому що не гігроскопічний.
Ніхто спеціально не застосовує ротора для осушення. Чому це зараховано до плюсів?
Мінуси:
1. Великі розміри.
Не згоден.
2. Ротор-складний механізм, що рухається, який схильний до зносу, відповідно і зростуть експлуатаційні витрати.
Маленький покроковий двигун, який обертає ротор, коштує 3 копійки і досить рідко виходить з ладу Ви називаєте "складним механізмом, що рухається", який збільшує експлуатаційні витрати?
3. Повітряні потоки контактують, за рахунок чого підмішування становить до 20%, за деякими відомостями до 30%.
Хто сказав 30? Де Ви її взяли? Посилання напишіть нам будь-ласка. У 10 відсотків перетікання я ще можу повірити, але 30 це марення. Деякі пластинчасті рекуператори далеко не герметичні в цьому плані і невеликий перетікання там у порядку речей.
4. Потрібне відведення конденсату
Шановний лікнезер, прочитайте хоча б одну інструкцію з експлуатації роторної установки для квартир та котеджів. Там написано чорним по білому: при стандартній вологості повітря відведення конденсату не потрібне.
5. Кріплення ПВУ в одному положенні.
Чому це мінус?
6. Осушує повітря у приміщенні, оскільки не гігроскопічний.
Якщо Ви знаєте ринок вентсистем, то вже звернули увагу на розробки роторів із гігроскопічного матеріалу. Питання наскільки це потрібно і наскільки вся ця гігроскопія потрібна навіть у рекуператорах пластинчастого типу - питання досить спірне і часто не на користь гігроскопічності.
Спасибі за відповідь.
На лікбес ніхто й не претендував. Тема для обговорення та можливої допомоги для користувача, так само і для мене як користувача.
"Оскільки я обличчя трохи зацікавлене, буду порівнювати з тим з чим працюю я." – я написав на самому початку. Порівнюю з тим, з чим працюю.
У роторного розміри більші ніж у пластинчастого. Бо порівнюю з тим, з чим працюю.
Те, що у нього найвищі показники ККД, на мій погляд не правда, у потрійного пластинчастого вони більші й морозостійкість вище. Знову ж таки порівнюю з тим з чим працюю.
Це рухомий механізм і схильний до зносу, що він коштує три копійки. Це добре.
Кріплення в одному положенні – це мінус. Не завжди є можливість поставити саме тому, що показано на схемі.
Гігроскопія потрібна для зменшення робочої температури, при якій рекуператор не обмерзатиме.

У зв'язку зі зростанням тарифів на первинні енергоресурси рекуперація стає як ніколи актуальною. У припливно-витяжних установках з рекуперацією зазвичай застосовують такі типи рекуператорів:

пластинчастий або перехресно-точний рекуператор;
роторний рекуператор;
рекуператори з проміжним теплоносієм;
тепловий насос;
рекуператор камерного типу;
рекуператор із тепловими трубами.

Принцип роботи

Принцип роботи будь-якого рекуператора в припливно-витяжних установках полягає в наступному. Він забезпечує теплообмін (у деяких моделях - і холодообмін, а також вологообмін) між потоками припливного та витяжного повітря. Процес теплообміну може відбуватися безперервно через стінки теплообмінника, за допомогою хладону або проміжного теплоносія. Може теплообмін бути і періодичним, як у роторному та камерному рекуператорі. В результаті витяжне повітря, що викидається, охолоджується, нагріваючи тим самим свіже припливне повітря. Процес холодообміну в окремих моделях рекуператорів проходить в теплу пору року і дозволяє знизити енерговитрати на системи кондиціювання повітря за рахунок деякого охолодження повітря, що подається в приміщення. Вологообмін йде між потоками витяжного та припливного повітря, дозволяючи підтримувати в приміщенні комфортну для людини вологість цілий рік, без використання будь-яких додаткових пристроїв – зволожувачів та інших.

Пластинчастий чи перехресно-точний рекуператор.

Теплопровідні пластини рекуперативної поверхні виготовляють із тонкої металевої (матеріал – алюміній, мідь, нержавіюча сталь) фольги або з ультратонкого картону, пластику, гігроскопічної целюлози. Потоки припливного та витяжного повітря рухаються по безлічі невеликих каналів, утворених цими теплопровідними пластинами, за схемою протитечії. Контакт та змішування потоків, їх забруднення практично виключені. У конструкції рекуператора деталей, що рухаються, немає. Коефіцієнт ефективності 50-80%. У рекуператора з металевої фольги через різницю температур потоків повітря на поверхні пластин може конденсуватися волога. У теплу пору року її необхідно відвести в систему каналізації будівлі спеціально обладнаним дренажним трубопроводом. У холодну пору є небезпека замерзання цієї вологи в рекуператорі та його механічного пошкодження (розморожування). Крім того, лід, що утворився, сильно знижує ефективність роботи рекуператора. Тому рекуператори з металевими теплопровідними пластинами вимагають при експлуатації в холодну пору року періодичного відтаювання потоком теплого витяжного повітря або використання додаткового водяного або електричного повітронагрівача. При цьому припливне повітря або зовсім не подається або подається в приміщення в обхід рекуператора через додатковий клапан (байпас). Час відтайки становить середньому від 5 до 25 хвилин. Рекуператор з теплопровідними пластинами з ультратонкого картону і пластику не схильний до обмерзання, тому що через ці матеріали йде і вологообмін, але у нього інший недолік - його не можна використовувати для вентиляції приміщень з високою вологістю з метою їх осушення. Пластинчастий рекуператор може встановлюватися в припливно-витяжну систему як у вертикальному, так і горизонтальному положенні в залежності від вимог до розмірів венткамери. Пластинчасті рекуператори найпоширеніші через свою відносну простоту конструкції та дешевизни.

Роторний рекуператор

Цей тип – другий за ступенем поширення після пластинчастого. Теплота від одного потоку повітря до іншого передається через циліндричний порожнистий барабан, що обертається між витяжною і припливною секціями, званий ротором. Внутрішній об'єм ротора заповнений покладеною туди щільно металевою фольгою або дротом, яка відіграє роль теплопередаючої поверхні, що обертається. Матеріал фольги або дроту той самий, що й у пластинчастого рекуператора- мідь, алюміній чи нержавіюча сталь. Ротор має горизонтальну вісь обертання приводного валу, що обертається електродвигуном з кроковим або інверторним регулюванням. За допомогою двигуна можна керувати процесом рекуперації. Коефіцієнт ефективності 75-90%. Ефективність рекуператора залежить від температур потоків, їх швидкості та частоти обертання ротора. Змінюючи частоту обертання ротора, можна змінювати ефективність роботи. Замерзання вологи в роторі виключено, а ось змішування потоків, їхнє взаємне забруднення і передачу запахів повністю виключити не можна, оскільки потоки безпосередньо контактують один з одним. Можливе змішування до 3%. Роторні рекуператори не вимагають великих витрат електроенергії, що дозволяють осушувати повітря в приміщеннях з високою вологістю. Конструкція роторних рекуператорів є складнішою, ніж пластинчастих, які вартість і витрати на експлуатацію вищими. Тим не менш, припливно-витяжні установки з роторними рекуператорами є дуже популярними завдяки їх високій ефективності.

Рекуператори із проміжним теплоносієм.

Теплоносій найчастіше вода чи водні розчини гліколей. Такий рекуператор складається із двох теплообмінників, з'єднаних між собою трубопроводами з насосом для циркуляції та арматурою. Один із теплообмінників поміщений у канал із потоком витяжного повітря та отримує теплоту від нього. Теплота через теплоносій за допомогою насоса та труб переноситься до іншого теплообмінника, розташованого в каналі припливного повітря. Припливне повітря сприймає це тепло та нагрівається. Змішування потоків у цьому випадку повністю виключено, але через наявність проміжного теплоносія коефіцієнт ефективності цього типу рекуператорів відносно низький і становить 45-55%. На ефективність можна впливати за допомогою насоса, впливаючи на швидкість руху теплоносія. Основна перевага та відмінність рекуператора з проміжним теплоносієм від рекуператора з тепловою трубою в тому, що теплообмінники у витяжній та припливній установках можна розташовувати на відстані один від одного. Положення для монтажу теплообмінників, насоса та трубопроводів може бути як вертикальним, так і горизонтальним.

Тепловий насос.

Відносно недавно з'явився цікавий різновид рекуператора з проміжним теплоносієм – т.зв. термодинамічний рекуператор, в якому роль рідинних теплообмінників, труб та насоса відіграє холодильна машинапрацює в режимі теплового насоса. Це своєрідна комбінація рекуператора та теплового насоса. Вона складається з двох хладонових теплообмінників – випарника-повітряохолоджувача та конденсатора, трубопроводів, терморегулюючого вентиля, компресора та 4-х ходового клапана. Теплообмінники розміщені в припливному та витяжному повітроводі, компресор необхідний для забезпечення циркуляції хладону, а клапан перемикає потоки хладагента залежно від сезону та дозволяє переносити теплоту з витяжного повітря в припливний та навпаки. При цьому припливно-витяжна системаможе складатися з кількох припливних та однієї витяжної установки більшої продуктивності, об'єднаних одним холодильним контуром. При цьому можливості системи дозволяють декільком припливним установкам працювати в різних режимах(нагрів/охолодження) одночасно. Коефіцієнт перетворення теплового насоса СОР може досягати значень 4,5-6,5.

Рекуператор із тепловими трубами.

За принципом роботи рекуператор із тепловими трубами схожий на рекуператор із проміжним теплоносієм. Різниця лише в тому, що потоки повітря поміщають не теплообмінники, а так звані теплові труби або точніше термосифони. Конструктивно це герметично закриті відрізки мідної оребреної труби, заповнені всередині спеціально підібраним холодоном, що легко кипить. Один кінець труби у витяжному потоці нагрівається, хладон у цьому місці кипить і передає сприйняте від повітря тепло на інший кінець труби, що обдувається потоком повітря. Тут хладон усередині труби конденсується і передає тепло повітрі, яке нагрівається. Цілком виключені взаємне змішування потоків, їх забруднення та передача запахів. Рухливих елементів немає, труби потоки поміщають тільки вертикально або під невеликим ухилом, щоб хладон рухався всередині труб від холодного кінця до гарячого за рахунок сили тяжіння. Коефіцієнт ефективності 50-70%. Важлива умовадля забезпечення роботи його роботи: повітроводи, в які встановлені термосифони, повинні розташовуватись вертикально один над одним.

Рекуператор камерного типу

Внутрішній об'єм такого рекуператора розділена заслінкою на дві половини. Заслінка іноді рухається, змінюючи цим напрямок руху потоків витяжного і припливного повітря. Витяжне повітря нагріває одну половину камери, потім заслінка направляє сюди потік повітря і він нагрівається від нагрітих стінок камери. Цей процес періодично повторюється. Коефіцієнт ефективності сягає 70-80%. Але в конструкції є рухомі деталі, у зв'язку з чим існує велика ймовірність взаємного змішування, забруднення потоків та передачі запахів.

Розрахунок ефективності рекуператора.

У технічні характеристикирекуперативних вентиляційних установок багатьох фірм-виробників наводять, як правило, два значення коефіцієнта рекуперації – за температурою повітря та його ентальпією. Розрахунок ефективності роботи рекуператора може бути здійснений за температурою або ентальпією повітря. Розрахунок за температурою враховує явний тепломіст повітря, а по ентальпії - враховується ще й вміст вологи (його відносну вологість). Розрахунок за ентальпією вважається більш точним. Для розрахунку необхідні вихідні дані. Їх одержують шляхом виміру температури та вологості повітря у трьох місцях: у приміщенні (де вентиляційна установка забезпечує повітрообмін), на вулиці та у перерізі припливної повітророзподільної решітки (звідки до приміщення потрапляє оброблений) зовнішнє повітря). Формула для розрахунку ефективності рекуперації за температурою така:

Kt = (T4 - T1) / (T2 - T1), де

Kt- Коефіцієнт ефективності рекуператора за температурою;
T1- Температура зовнішнього повітря, oC;
T2– температура витяжного повітря (тобто повітря у приміщенні), оС;
T4- Температура припливного повітря, оС.

Ентальпія повітря – це теплоутримання повітря, тобто. кількість теплоти, що міститься в ньому, віднесена до 1 кг сухого повітря. Ентальпію визначають з допомогою i-dдіаграми стану вологого повітря, завдавши на неї крапки, що відповідають вимірюваній температурі та вологості в приміщенні, на вулиці та припливному повітря. Формула для розрахунку ефективності рекуперації за ентальпією наступна:

Kh = (H4 - H1) / (H2 - H1), де

Kh- Коефіцієнт ефективності рекуператора по ентальпії;
H1– ентальпія зовнішнього повітря, кДж/кг;
H2-ентальпія витяжного повітря (тобто повітря в приміщенні), кДж / кг;
H4- Ентальпія припливного повітря, кДж / кг.

Економічна доцільність застосування припливно-витяжних установок із рекуперацією.

Як приклад візьмемо техніко-економічне обґрунтування застосування вентиляційних установок із рекуперацією у системах припливно-витяжної вентиляціїприміщень автосалону.

Початкові дані:

об'єкт - автосалон загальною площею 2000 м2;
середня висотаприміщень 3-6 м, складається з двох виставкових залів, офісної зони та станції технічне обслуговування(СТО);
для припливно-витяжної вентиляції зазначених приміщень було обрано вентиляційні установки канального типу: 1 одиниця з витратою повітря 650 м3/год і споживаною потужністю 0,4 кВт та 5 одиниць з витратою повітря 1500м3/год та споживаною потужністю 0,83 кВт.
гарантований діапазон зовнішніх температур повітря для канальних установокскладає (-15 ... +40) оС.

Для порівняння енергоспоживання зробимо розрахунок потужності канального електричного повітронагрівача, яка необхідна для підігріву зовнішнього повітря в холодну пору року в приточної установки традиційного типу(що складається із зворотного клапана, канального фільтра, вентилятора та електричного повітронагрівача) з витратою повітря 650 і 1500 м3/год відповідно. У цьому вартість електроенергії приймаємо 5 рублів за 1кВт*час.

Зовнішнє повітря необхідно нагріти від -15 до +20оС.

Розрахунок потужності електричного повітронагрівача здійснено за рівнянням теплового балансу:

Qн = G * Cp * T, Вт, де:

Qн- Потужність повітронагрівача, Вт;
G- масова витрата повітря через повітронагрівач, кг/сек;
Ср- Питома ізобарна теплоємність повітря. Ср = 1000кДж/кг*К;
Т- Різниця температур повітря на виході з повітронагрівача та вході.

T = 20 - (-15) = 35 оС.

1. 650/3600 = 0,181 м3/сек

р = 1,2 кг/м3 – густина повітря.

G = 0, 181 * 1, 2 = 0,217 кг/сек

Qн = 0, 217 * 1000 * 35 = 7600 Вт.

2. 1500/3600 = 0, 417 м3/сек

G = 0, 417 * 1, 2 = 0, 5 кг / сек

Qн = 0, 5 * 1000 * 35 = 17500 Вт.

Таким чином, застосування в холодну пору року канальних установок з рекуперацією тепла замість традиційних з використанням електричних повітронагрівачів дозволяє зменшити витрати електроенергії при одному і тому ж кількості повітря, що подається більш ніж у 20 разів і тим самим дозволяє знизити витрати і відповідно збільшити прибуток автосалону. Крім цього, застосування установок з рекуперацією дозволяє зменшити фінансові витрати споживача на енергоносії на опалення приміщень у холодну пору року та на їх кондиціювання у теплу пору приблизно на 50%.

Для більшої наочності зробимо порівняльний фінансовий аналізенергоспоживання систем припливно-витяжної вентиляції приміщень автосалону, укомплектованих установками з рекуперацією тепла канального типу та традиційних установок з електричними повітронагрівачами.

Початкові дані:

Система 1.

Установки з рекуперацією тепла витратою 650 м3/год - 1од. та 1500 м3/година – 5од.

Сумарна електрична споживана потужність складе: 0,4 + 5 * 0,83 = 4,55 кВт * год.

Система 2.

Традиційні канальні припливно-витяжні вентиляційні установки -1од. з витратою 650м3/годину та 5од. із витратою 1500м3/год.

Сумарна електрична потужністьустановки на 650 м3/год складе:

вентилятори - 2 * 0,155 = 0,31 кВт * год;
автоматика та приводи клапанів - 0,1 кВт * год;
електричний повітронагрівач - 7,6 кВт * год;

Разом: 8,01 кВт * год.

Сумарна електрична потужність установки на 1500м3/год складе:

вентилятори - 2 * 0,32 = 0,64 кВт * год;
автоматика та приводи клапанів - 0,1 кВт * год;
електричний повітронагрівач - 17,5 кВт * год.

Разом: (18,24 кВт * год) * 5 = 91,2 кВт * год.

Усього: 91,2 + 8,01 = 99,21кВт * год.

Приймається період використання підігріву в системах вентиляції 150 робочих днів на рік по 9 годин. Отримуємо 150 * 9 = 1350 годин.

Енергоспоживання установок із рекуперацією складе: 4,55*1350 = 6142,5 кВт

Експлуатаційні витрати становитимуть: 5 руб. * 6142,5 кВт = 30712,5 руб. або у відносному (до загальної площіавтосалону 2000 м2) виразі 30172,5/2000 = 15,1 руб./м2.

Енергоспоживання традиційних систем складе: 99,21 * 1350 = 133933,5 кВт Експлуатаційні витрати становитимуть: 5 руб. * 133933,5 кВт = 669667,5 руб. або у відносному (до загальної площі автосалону 2000 м2) виразі 669 667,5/2000 = 334,8 руб./м2.

У цій статті ми розглянемо таку характеристику теплообміну як коефіцієнт рекуперації. Він показує рівень використання одним носієм тепла іншого при теплообміні. Коефіцієнт рекуперації може називатись коефіцієнтом регенерації тепла, ефективності теплообміну або термічної ефективності.

У першій частині статті спробуємо знайти універсальні співвідношення для теплообміну. Вони можуть бути отримані з загальних фізичних принципів і не вимагають проведення будь-яких вимірювань. У другій частині представимо залежності реальних коефіцієнтів рекуперації від основних характеристик теплообміну для реальних повітряних завіс або окремо для теплообмінних блоків «вода – повітря», які вже були розглянуті у статтях «Потужність теплової завіси при довільних витратах теплоносія та повітря. Інтерпретація дослідних даних» та «Потужність теплової завіси при довільних витратах теплоносія та повітря. Інваріанти процесу теплопередачі», опублікованих журналом «Світ клімату» у номерах 80 та 83 відповідно. Буде показано, як коефіцієнти залежать від характеристик теплообмінника, а також те, який вплив на них впливають витрати теплоносіїв. Будуть пояснені деякі парадокси теплообміну, зокрема парадокс високого значення коефіцієнта рекуперації при великий різниціу витратах теплоносіїв. Для спрощення саме поняття рекуперації та зміст її кількісного визначення(Коефіцієнт) розглянемо на прикладі теплообмінників «повітря - повітря». Це дозволить визначити підхід до сенсу явища, який можна розширити і будь-який обмін, зокрема «вода - повітря». Зазначимо, що в теплообмінних блоках «повітря – повітря» можуть бути організовані як перехресні, принципово близькі теплообмінникам «вода – повітря», так і зустрічні струми середовищ, що обмінюються теплом. У разі зустрічних струмів, які визначають високі значення коефіцієнтів рекуперації, практичні закономірності теплообміну можуть дещо відрізнятися від раніше розібраних . Важливо, що універсальні закономірності теплообміну справедливі взагалі будь-яких типів теплообмінного блоку. У міркуваннях статті вважатимемо, що енергія при теплопередачі зберігається. Це рівносильно твердженню, що потужність випромінювання та конвекція тепла від корпусу теплового обладнанняобумовлені значенням температури корпусу, малі в порівнянні з потужністю корисної теплопередачі. Будемо також вважати, що теплоємність носіїв не залежить від їхньої температури.

КОЛИ ВАЖЛИВИЙ ВИСОКИЙ КОЕФІЦІЄНТ РЕКУПЕРАЦІЇ?

Можна вважати, що здатність до передачі певної величини теплової потужності – одна з основних характеристик будь-якого теплового обладнання. Чим вища ця здатність, тим обладнання дорожче. Коефіцієнт рекуперації теоретично може змінюватися від 0 до 100%, але в практиці часто від 25 до 95%. Інтуїтивно можна припустити, що високий коефіцієнт рекуперації, як і здатність передачі великої потужності, передбачає високі споживчі якості устаткування. Однак насправді такого прямого зв'язку немає, все залежить від умов використання теплообміну. Коли ж високий рівень рекуперації тепла важливий, а коли другорядний? Якщо теплоносій, від якого виробляється відбір тепла чи холоду, використовується лише одноразово, тобто не закільцьований, і відразу після використання безповоротно скидається у зовнішнє середовище, то для ефективного використанняцього тепла бажано використовувати апарат із високим коефіцієнтом рекуперації. Як приклади можна навести використання тепла або холоду частини геотермальних установок, відкритих водойм, джерел технологічних надлишків тепла, де неможливо замкнути контур теплоносія. Висока рекуперація важлива, коли в мережі теплопостачання розрахунок здійснюється лише за витратою води та значенням температури прямої води. Для теплообмінників «повітря – повітря» це використання тепла витяжного повітря, яке відразу після теплообміну йде у зовнішнє середовище. Інший граничний випадок реалізується, коли теплоносій оплачується суворо відібраної від нього енергії. Це можна назвати ідеальним варіантоммережі теплопостачання. Тоді можна заявити, що такий параметр, як коефіцієнт рекуперації, взагалі не має ніякого значення. Хоча при обмеженнях за зворотною температурою носія коефіцієнт рекуперації також набуває сенсу. Зазначимо, що за деяких умов бажаним є нижчий коефіцієнт рекуперації обладнання.

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА РЕКУПЕРАЦІЇ

Визначення коефіцієнта рекуперації наводиться у багатьох довідкових посібниках (наприклад, , ). Якщо теплом обмінюються два середовища 1 та 2 (рис. 1),

які мають теплоємності з 1 і з 2 (Дж/кгxК) і масові витрати g 1 і g 2 (в кг/с) відповідно, то коефіцієнт рекуперації теплообміну можна представити у вигляді двох еквівалентних співвідношень:

= (з 1 g 1) (Т 1 - Т 1 0) / (с g) min (T 2 0 - T 1 0) = (з 2 g 2) (Т 2 0 - Т 2) / (с g) min ( T 20 - T10). (1)

У цьому виразі Т 1 і Т 2 - кінцеві температури цих двох середовищ, Т 1 0 і Т 2 0 - початкові, а (cg) min - мінімальне із двох значень так званого теплового еквівалента цих середовищ (Вт/К) при витратах g 1 і g 2 (cg) min = min ((з 1 g 1), (з 2 g 2)). Для розрахунку коефіцієнта можна використовувати будь-який з виразів, оскільки їх чисельники, кожен із яких виражає повну потужність теплообміну (2), рівні.

W = (з 1 g 1) (Т 1 - Т 1 0) = (З 2 g 2) (Т 2 0 - Т 2). (2)

Другу рівність (2) можна розглядати як вираз закону збереження енергії при теплообміні, який для теплових процесів називається першим початком термодинаміки. Можна помітити, що в будь-якому з двох еквівалентних визначень (1) присутні тільки три з чотирьох температур обміну. Як було зазначено, значення набуває значущості, коли один із теплоносіїв скидається після використання. Звідси випливає, що вибір із двох виразів (1) можна завжди зробити так, щоб саме кінцева температура цього носія була виключена з виразу для розрахунку. Наведемо приклади.

а) Рекуперація тепла витяжного повітря

Відомим прикладом теплообмінника з високим необхідним значенням може служити рекуператор витяжного тепла повітря для підігріву припливного повітря (рис. 2).

Якщо позначити температуру витяжного повітря Т кімн, вуличного Т вул, а припливного після підігріву в рекуператорі Т пр, то, враховуючи однакове значення теплоємностей з двох повітряних потоків (вони практично однакові, якщо знехтувати малими залежностями від вологості та температури повітря), можна отримати добре відомий вираз для:

G пр (Т пр - Т вул) / g min (T кімн - T вул). (3)

У цій формулі gmin позначає найменший g min = min(g пр, g вит) з двох секундних витрат gпр припливного і вит витяжного повітря. Коли потік припливного повітря не перевищує потік витяжного, формула (3) спрощується і приводиться до виду = (Т пр - Т вул) / (T кімн - T вул). Температура, яка не враховується у формулі (3), - це температура Т витяжного повітря після проходження теплообмінника.

б) Рекуперація в повітряній завісі або довільному нагрівачі «вода – повітря»

Бо при всіх можливих варіантахєдина температура, значення якої може бути несуттєвим, це температура зворотної водиТ х її слід виключити з виразу для коефіцієнта рекуперації. Якщо позначити температуру повітря оточення повітряної завіси Т 0 підігрітого завісою повітря - Т, а температуру що надходить у теплообмінник гарячої водиТ г, (рис. 3), для отримаємо:

Сg(Т – Т 0) / (сg) min (T г – T 0). (4)

У цій формулі з - теплоємність повітря, g - секундна масова повітряна витрата.

Позначення (сg) min - це найменше значення повітряного сg і водяного з W G теплових еквівалентів, з W - теплоємність води, G - секундна масова витрата води: (сg) min = min((сg), (з W G)). Якщо витрата повітря відносно невелика і повітряний еквівалент не перевищує водяний, формула також спрощується: = (Т – Т 0) / (T г – T 0).

ФІЗИЧНИЙ ЗМІС КОЕФІЦІЄНТА РЕКУПЕРАЦІЇ

Можна припустити, що значення коефіцієнта рекуперації теплового апарату - це кількісне вираження термодинамічної ефективності передачі потужності. Відомо, що для теплопередачі ця ефективність обмежена другим початком термодинаміки, яке також відоме як закон невтрат ентропії.

Однак можна показати, що - це дійсно термодинамічна ефективність у сенсі невтрати ентропії тільки у разі рівності теплових еквівалентів двох середовищ, що обмінюються теплом. У загальному випадку нерівності еквівалентів максимально можливе теоретичне значення = 1 обумовлено постулатом Клаузіуса, який сформульований так: «Тепло не може передаватися від холоднішого до теплішого тіла без інших змін у той же час, пов'язаних з цією передачею». У цьому вся визначенні під іншими змінами мається на увазі робота, що відбувається над системою, наприклад, при зворотному циклі Карно, основі якого працюють кондиціонери. Враховуючи, що насоси та вентилятори при теплообміні з такими носіями, як вода, повітря та іншими, виробляють над ними мізерну роботу в порівнянні з енергіями обміну теплом, можна вважати, що при такому теплообміні постулат Клаузіуса виконується з високим ступенем точності.

Хоча прийнято вважати, що і постулат Клаузіуса і принцип невтрати ентропії - це лише різні за формою висловлювання формулювання другого початку термодинаміки для замкнутих систем, це не так. Щоб спростувати їхню еквівалентність, покажемо, що вони можуть призводити в загальному випадку до різних обмежень при теплообміні. Розглянемо рекуператор «повітря - повітря» у разі рівних теплових еквівалентів двох середовищ, що обмінюються, що при рівністі теплоємностей має на увазі рівність масових витрат двох повітряних потоків, і = (Т пр - Т вул) / (T кімн - T вул). Нехай для визначеності кімнатна температура T кімн = 20 про С, а вулична T вул = 0 про С. Якщо повністю відволіктися від прихованої теплоти повітря, яка обумовлена його вологістю, то, як випливає з (3), температура припливного повітря Т пр = 16 про З відповідає коефіцієнту рекуперації = 0,8, а при Т пр = 20 про З досягне значення 1. (Температури повітря, що викидається на вулицю в цих випадках, повітря Т' будуть відповідно 4 про С і 0 про С). Покажемо, що саме = 1 цього випадку є максимум. Адже навіть якщо припливне повітря мало температуру Тпр = 24 про С, а Т' = –4 про С, що викидається на вулицю, то перший початок термодинаміки (закон збереження енергії) не було б порушено. Вуличному повітрі щосекунди передаватиметься Е = сg·24 про С Джоулей енергії і стільки ж забиратися у кімнатного, а при цьому дорівнює 1,2, або 120%. Однак така передача тепла неможлива саме через те, що ентропія системи при цьому зменшиться, що заборонено другим початком термодинаміки.

Дійсно, за визначенням ентропії S, її зміна пов'язана зі зміною повної енергії газу Q співвідношенням dS = dQ/T (температура вимірюється в Кельвінах), а враховуючи, що при постійному тиску газу dQ = mcdT, m - маса газу, (або як її часто позначають з р) – теплоємність при постійному тиску, dS = mc · dT/T. Таким чином, S = mc · ln(T 2 / Т 1), де Т 1 і Т 2 початкова та кінцева температури газу. В позначеннях формули (3) для секундної зміни ентропії припливного повітря отримаємо Sпр = сg ln(Tпр / Tул), якщо вуличне повітрянагрівається, воно позитивне. Для зміни ентропії витяжного повітря Sвит = з g · ln (T / Tкомн). Зміна ентропії усієї системи за 1 секунду:

S = S пр + S вит = сg (ln (T пр / T вул) + ln (T ' / T кімн)). (5)

Для всіх випадків вважатимемо Т вул = 273К, Т кімн = 293К. Для = 0,8 з (3), Т пр = 289К та з (2) Т' = 277К, що дозволить розрахувати загальну зміну ентропії S =0,8 = 8 10 -4 cg. При = 1 аналогічно отримаємо Т пр = 293К і Т' = 273К, і ентропія, як і слід очікувати, зберігається S = 1 = 0. Гіпотетичному випадку = 1,2 відповідають Т пр = 297К і Т' = 269К, і розрахунок демонструє зменшення ентропії: S = 1,2 = -1,2 10 -4 cg. Цей розрахунок можна вважати обґрунтуванням неможливості цього процесу c = 1,2 зокрема, і взагалі для будь-якого > 1 також через S< 0.

Отже, при витратах, які забезпечують рівні теплові еквіваленти двох середовищ (для однакових середовищ це відповідає рівним витратам) коефіцієнт рекуперації визначає ефективність обміну в тому сенсі, що = 1 визначає граничний випадок збереження ентропії. Постулат Клаузіуса та принцип невтрати ентропії для такого випадку еквівалентні.

Тепер розглянемо для теплообміну «повітря – повітря» нерівні повітряні витрати. Нехай, наприклад, масова витрата повітря припливу 2g, а витяжного - g. Для зміни ентропії за таких витрат отримаємо:

S = S пр + S вит = 2с · g ln (T пр / T вул) + с · g ln (T' / T кімн). (6)

Для = 1 за тих же початкових температурах Т вул = 273К і Т кімн = 293К, використовуючи (3), отримаємо Т пр = 283К, оскільки g пр / g min = 2. Потім із закону збереження енергії (2) отримаємо значення Т '= 273К. Якщо підставити ці значення температур (6), то для повної зміни ентропії отримаємо S = 0,00125сg > 0. Тобто навіть при найсприятливішому випадку з = 1 процес стає термодинамічно неоптимальним, він відбувається зі збільшенням ентропії і, як наслідок цього, на відміну від випадку з рівними витратами, завжди незворотний.

Щоб оцінити масштаб цього збільшення, знайдемо коефіцієнт рекуперації для вже розглянутого вище обміну рівних витрат, щоб в результаті цього обміну була зроблена така ж величина ентропії, як і для витрат, що розрізняються в 2 рази при = 1. Інакше кажучи, оцінимо термодинамічну неоптимальність обміну різних витрат при ідеальних умовах. Насамперед сама зміна ентропії мало про що говорить, набагато інформативніше розглянути ставлення S/E зміни ентропії до переданої теплообміном енергії. Враховуючи, що у наведеному вище прикладі, коли ентропія зростає на S = 0,00125сg, передана енергія Е = сg пр (Т пр - Т вул) = 2с g 10К. Таким чином відношення S / Е = 6,25 10 -5 К -1. Неважко переконатися, що до такої ж «якості» обміну при рівних потоках наводить коефіцієнт рекуперації = 0,75026… Дійсно, за тих же початкових температур Т вул = 273К і Т кімн = 293К і рівних потоках цьому коефіцієнту відповідають температури Т пр = 288К і Т' = 278К. Використовуючи (5), отримаємо зміну ентропії S = 0,000937сg і враховуючи, що E = сg (T пр - T вул) = сg 15К, отримаємо S / Е = 6,25 10 -5 К -1. Отже, за термодинамічною якістю теплообмін при = 1 і при вдвічі різнячих потоках відповідає теплообміну при = 0,75026 ... при однакових потоках.

Можна поставити ще одне питання: якими мають бути гіпотетичні температури обміну з різними витратами, щоб цей уявний процес відбувся без збільшення ентропії?

Для = 1,32 при тих же початкових температурах Т вул = 273К і Т кімн = 293К, використовуючи (3), отримаємо Т пр = 286,2К та із закону збереження енергії (2) Т' = 266,6К. Якщо підставити ці значення (6), то для повної зміни ентропії отримаємо сg(2ln(286,2 / 273) + ln(266,6 / 293)) 0. Закон збереження енергії і закон невтрати ентропії для цих значень температур виконуються, і все ж таки обмін неможливий через те, що Т' = 266,6К не належить початковому інтервалу температур. Це прямо порушувало б постулат Клаузіуса, передаючи енергію від холоднішого середовища до нагрітого. Отже, цей процес неможливий, як неможливі й інші не тільки зі збереженням ентропії, але навіть і з її збільшенням, коли кінцеві температури будь-якого із середовищ виходять за межі початкового інтервалу температур (Т вул, Т кімн).

При витратах, які забезпечують нерівні теплові еквіваленти середовищ обміну, процес теплопередачі є принципово незворотним і відбувається зі збільшенням ентропії системи навіть у разі найбільш ефективного теплообміну. Ці міркування справедливі і двох середовищ різних теплоємностей, важливо лише те, збігаються чи ні теплові еквіваленти цих середовищ.

ПАРАДОКС МІНІМАЛЬНОЇ ЯКОСТІ ТЕПЛООБМІНУ З КОЕФІЦІЄНТОМ РЕКУПЕРАЦІЇ 1/2

У цьому пункті розглянемо три випадки теплообміну з коефіцієнтами рекуперації 0, 1/2 та 1 відповідно. Нехай через теплообмінники пропускаються рівні потоки середніх рівних теплоємностей, що обмінюються теплом, з деякими різними початковими температурами Т 1 0 і Т 2 0 . При коефіцієнті рекуперації два середовища просто обмінюються значеннями температур і кінцеві температури дзеркально повторюють початкові Т 1 = Т 2 0 і Т 2 = Т 1 0 . Очевидно, що ентропія при цьому не змінюється S = 0, тому що на виході ті ж середовища тих самих температур, як і на вході. При коефіцієнті рекуперації 1/2 кінцеві температури обох середовищ дорівнюють середньому арифметичному значенню початкових температур: Т 1 = Т 2 = 1/2 (Т 1 0 + Т 2 0). Відбудеться незворотний процес вирівнювання температури, а це рівносильно зростанню ентропії S > 0. При коефіцієнті рекуперації 0 теплообмін відсутній. Тобто Т 1 = Т 1 0 і Т 2 = Т 2 0 і ентропія кінцевого стану не зміниться, що аналогічно кінцевому стану системи з коефіцієнтом рекуперації, рівним 1. Як стан з = 1 тотожно стану з = 0, так само за аналогією можна показати, що стан = 0,9 тотожний стану з = 0,1 і т. д. При цьому стані = 0,5 буде відповідати максимальне збільшення ентропії з усіх можливих коефіцієнтів. Очевидно, = 0,5 відповідає теплообміну мінімальної якості.

Звичайно, це не так. Пояснення феномена слід розпочати з того, що теплообмін є обмін енергією. Якщо ентропія в результаті теплообміну збільшилася на деяку величину, то якість теплообміну буде різнитися залежно від того, чи була при цьому передана теплота 1 Дж або 10 Дж. Правильніше розглядати не абсолютну зміну ентропії S (фактично її вироблення в теплообміннику), а відношення зміни ентропії до переданої у своїй енергії E. Вочевидь, що з різних наборів температур можна підрахувати ці величини для = 0,5. Складніше підрахувати це відношення = 0, адже це невизначеність виду 0/0. Однак нескладно взяти переділ відносини в 0, який у практичному планіможна отримати, взявши це відношення за дуже малих значень, наприклад, 0,0001. У таблицях 1 і 2 подаємо ці значення для різних початкових умов за температурою.

При будь-яких значеннях і при побутових інтервалах розкиду температур Т вул і Т кімн (вважатимемо, що Т кімн / Т вул x

S / E (1 / Т вул - 1 / Т кімн) (1 -). (7)

Дійсно, якщо позначити Т кімн = Т вул (1+х), 0< x

На графіку 1 покажемо цю залежність для температур Т вул = 300К Т кімн = 380К.

Це крива не є прямою лінією, яка визначається наближенням (7), хоча досить близька до неї, так що на графіку вони невиразні. Формула (7) показує, що якість теплообміну мінімальна саме при = 0. Зробимо ще одну оцінку масштабу S/E.< 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 низькою якістюіз усіх можливих. Без висновку вкажемо, що це мінімальна якість теплообміну S / E = 1 / Т 1 0 -1 / Т 2 0 в точності реалізується для -> 0 і при довільному співвідношенні витрат теплоносіїв.

ЗМІНА ЯКОСТІ ТЕПЛООБМІНУ ПРИ ВІДМІННИХ ВИТРАТАХ ТЕПЛОНОСІВЦІВ

Вважатимемо, що витрати теплоносіїв розрізняються в n разів, а теплообмін відбувається з максимально можливою якістю(= 1). Якій якості теплообміну з рівними витратами це буде відповідати? Для відповіді це запитання подивимося, як поводиться величина S / E при = 1 для різних співвідношеньвидатків. Для різниці витрат n = 2 цю відповідність вже було підраховано у 3 пункті: = 1 n=2 відповідає = 0,75026… при однакових потоках. У таблиці 3 для набору температур 300К і 350К представимо відносну зміну ентропії за рівних витрат теплоносіїв однакової теплоємності для різних значень.

У таблиці 4 представимо також відносну зміну ентропії для різних співвідношень витрат n тільки за максимально можливої ефективності теплопередачі (= 1) і відповідні ефективності, що призводять до такої якості для рівних витрат.

Уявимо отриману залежність (n) на графіку 2.

При нескінченній різниці витрат прагне кінцевої межі 0,46745… Можна показати, що це універсальна залежність. Вона справедлива за будь-яких початкових температур для будь-яких носіїв, якщо замість співвідношення витрат мати на увазі співвідношення теплових еквівалентів. Її також можна наблизити гіперболою, яка позначена на графіці 3 лінією синього кольору:

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

Лінією червоного кольору позначена точна залежність (n):

Якщо нерівні витрати реалізуються при обміні з довільним n>1, то термодинамічна ефективність у сенсі виробництва відносної ентропії зменшується. Її оцінку зверху наведемо без висновку:

Це співвідношення прагне точної рівності при n>1, близьких до 0 або 1, а при проміжних значеннях не перевищує абсолютної похибки в кілька відсотків.

Закінчення статті буде представлено в одному з номерів журналу «СВІТ КЛІМАТУ». На прикладах реальних теплообмінних блоків знайдемо значеннякоефіцієнтів рекуперації і покажемо, наскільки визначаються характеристиками блоку, а наскільки витратами теплоносіїв.

ЛІТЕРАТУРА

Пухів А. повітря. Інтерпретація дослідних даних. // Світ клімату. 2013. № 80. С. 110.
Пухів А. В. Потужність теплової завіси при довільних витратах теплоносія та повітря. Інваріанти процесу теплопередачі. // Світ клімату. 2014. № 83. С. 202.
Кейс Ст М., Лондон А. Л. Компактні теплообмінники. . М.: Енергія, 1967. З. 23.
Уонг Х. Основні формули та дані по теплообмін для інженерів. . М.: Атоміздат, 1979. С. 138.
Кадомцев Б. Б. Динаміка та інформація // Успіхи фізичних наук. Т. 164. 1994. № 5, травень. С. 453.

Пухов Олексій В'ячеславович,
технічний директор
компанії «Тропік Лайн»