Sơ đồ hoạt động của thiết bị thu hồi nhiệt kiểu buồng. Máy thu hồi không khí là gì? Nguyên lý hoạt động và các loại. Máy thu hồi nước đặt trên mái nhà

Mọi người đều biết rằng có rất nhiều hệ thống thông gió trong phòng. Đơn giản nhất trong số đó là các hệ thống kiểu mở (tự nhiên), chẳng hạn như sử dụng cửa sổ hoặc lỗ thông hơi.

Nhưng phương pháp thông gió này hoàn toàn không kinh tế. Ngoài ra, để thông gió hiệu quả bạn cần thường xuyên có mở cửa sổ hoặc sự hiện diện của một bản nháp. Vì vậy, kiểu thông gió này sẽ cực kỳ kém hiệu quả. Nó ngày càng được sử dụng để thông gió cho các khu dân cư. thông gió cưỡng bức với việc thu hồi nhiệt.

Nói một cách đơn giản, việc phục hồi giống hệt với từ “bảo tồn”. Thu hồi nhiệt là quá trình lưu trữ năng lượng nhiệt. Điều này xảy ra do luồng không khí rời khỏi phòng làm mát hoặc làm nóng không khí đi vào bên trong. Về mặt sơ đồ, quá trình phục hồi có thể được biểu diễn như sau:

Thông gió có thu hồi nhiệt diễn ra theo nguyên tắc phân tách các dòng theo đặc điểm thiết kế của thiết bị thu hồi nhiệt để tránh trộn lẫn. Tuy nhiên, ví dụ, bộ trao đổi nhiệt quay không có khả năng cách ly hoàn toàn không khí cung cấp với khí thải.

Tỷ lệ phần trăm hiệu quả của bộ thu hồi nhiệt có thể thay đổi từ 30 đến 90%. Đối với các công trình lắp đặt đặc biệt, con số này có thể tiết kiệm 96% năng lượng.

Máy thu hồi không khí là gì

Theo thiết kế của nó, bộ thu hồi không khí là một hệ thống lắp đặt để thu hồi nhiệt từ khối không khí đầu ra, cho phép sử dụng nhiệt hoặc lạnh hiệu quả nhất.

Tại sao chọn thông gió phục hồi

Thông gió dựa trên việc thu hồi nhiệt có hiệu suất rất cao. Chỉ tiêu này được tính toán dựa trên tỷ lệ nhiệt lượng mà thiết bị thu hồi nhiệt thực tế tạo ra so với Số lớn nhất giữ được càng nhiều nhiệt càng tốt.

Máy thu hồi không khí có những loại nào?

Ngày nay, việc thông gió thu hồi nhiệt có thể được thực hiện bằng năm loại thiết bị thu hồi nhiệt:

Lamellar, có cấu trúc kim loại và có cấp độ caođộ thấm ẩm;
Quay;
loại buồng;
Thiết bị thu hồi nhiệt có chất mang nhiệt trung gian;
Ống dẫn nhiệt.

Thông gió cho ngôi nhà thu hồi nhiệt bằng loại thiết bị thu hồi nhiệt đầu tiên cho phép luồng không khí đi vào từ mọi phía chảy xung quanh nhiều tấm kim loại có độ dẫn nhiệt tăng lên. Hiệu suất thu hồi nhiệt thuộc loại này dao động từ 50 đến 75%.

Các tính năng của thiết kế bộ thu hồi tấm

Các khối không khí không tiếp xúc với nhau;
Tất cả các bộ phận đều được cố định;
Không có yếu tố cấu trúc chuyển động;
Ngưng tụ không hình thành;
Không thể sử dụng làm máy hút ẩm trong phòng.

Các tính năng của máy thu hồi quay

Loại thiết bị thu hồi nhiệt dạng quay có các đặc điểm thiết kế qua đó quá trình truyền nhiệt diễn ra giữa các kênh cung cấp và đầu ra của rôto.

Bộ thu hồi nhiệt quay được phủ bằng giấy bạc.

Hiệu suất lên tới 85%;
Tiết kiệm năng lượng;
Thích hợp cho việc hút ẩm trong phòng;
Trộn tới 3% không khí từ các luồng khác nhau, do đó mùi có thể lan truyền;
Thiết kế cơ khí phức tạp.

Thông gió cung cấp và thải khí có thu hồi nhiệt, dựa trên bộ thu hồi buồng, cực kỳ hiếm khi được sử dụng vì nó có nhiều nhược điểm:

Tỷ lệ hiệu quả lên tới 80%;
Trộn các dòng chảy tới, làm tăng sự truyền mùi;
Các bộ phận chuyển động của kết cấu.

Thiết bị thu hồi nhiệt dựa trên chất làm mát trung gian có dung dịch nước-glycol trong thiết kế của chúng. Đôi khi nước thông thường có thể hoạt động như một chất làm mát như vậy.

Đặc điểm của thiết bị thu hồi nhiệt mang chất mang nhiệt trung gian

Hiệu suất cực thấp lên tới 55%;
Sự trộn lẫn các luồng không khí được loại bỏ hoàn toàn;
Phạm vi ứng dụng: sản xuất lớn.

Thông gió thu hồi nhiệt dựa trên các ống dẫn nhiệt thường bao gồm một hệ thống ống rộng có chứa freon. Chất lỏng bay hơi khi đun nóng. Ở phần đối diện của bộ thu hồi nhiệt, freon nguội đi, do đó thường hình thành sự ngưng tụ.

Đặc điểm của thiết bị thu hồi nhiệt với ống dẫn nhiệt

Không có bộ phận chuyển động;
Khả năng ô nhiễm không khí do mùi hôi được loại bỏ hoàn toàn;
Hiệu suất trung bình là từ 50 đến 70%.

Ngày nay, các thiết bị thu hồi khối lượng không khí nhỏ gọn đã được sản xuất. Một trong những ưu điểm chính của máy thu hồi nhiệt di động là không cần ống dẫn khí.

Mục đích chính của thu hồi nhiệt

Thông gió dựa trên thu hồi nhiệt được sử dụng để duy trì mức độ ẩm và nhiệt độ cần thiết trong nhà.
Để có làn da khỏe mạnh. Điều đáng ngạc nhiên là các hệ thống thu hồi nhiệt có tác động tích cực đến làn da của con người, được giữ ẩm liên tục và nguy cơ bị khô được giảm thiểu.
Để tránh làm khô đồ đạc và sàn nhà ọp ẹp.
Để tăng khả năng xảy ra tĩnh điện. Không phải ai cũng biết những tiêu chí này nhưng khi điện áp tĩnh tăng lên, nấm mốc và nấm mốc phát triển chậm hơn rất nhiều.

Lựa chọn chính xác nguồn cung cấp và thông gió thải với khả năng thu hồi nhiệt cho ngôi nhà của bạn sẽ cho phép bạn tiết kiệm đáng kể chi phí sưởi ấm. thời kỳ mùa đông và điều hòa không khí vào mùa hè. Ngoài ra, kiểu thông gió này còn có tác dụng tốt cho cơ thể con người, khiến bạn ít ốm đau hơn, giảm thiểu nguy cơ nấm mốc trong nhà.

Bất kỳ không gian kín nào cũng cần được thông gió hàng ngày, nhưng đôi khi điều này không đủ để tạo ra một vi khí hậu thoải mái và dễ chịu. Vào mùa lạnh, khi mở cửa sổ để thông gió, hơi nóng nhanh chóng thoát ra ngoài dẫn đến tốn thêm chi phí sưởi ấm không cần thiết. TRONG thời gian mùa hè Nhiều người sử dụng điều hòa hàng năm nhưng cùng với không khí mát mẻ, không khí nóng từ ngoài đường cũng xâm nhập vào.

Để cân bằng nhiệt độ và làm cho không khí trong lành hơn, một thiết bị gọi là máy thu hồi không khí đã được phát minh. TRONG thời điểm vào Đông nó cho phép bạn không làm mất nhiệt trong phòng, và trong cái nóng mùa hè, nó ngăn không khí nóng tràn vào phòng.

Máy phục hồi chức năng là gì?

Dịch từ tiếng Latin, từ recuperator có nghĩa là - trả lại biên nhận hoặc trả lại, liên quan đến không khí, chúng tôi muốn nói đến sự trở lại của năng lượng nhiệt được mang theo không khí qua hệ thống thông gió. Một thiết bị như máy thu hồi không khí có nhiệm vụ thông gió và cân bằng hai luồng không khí.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị rất đơn giản, do chênh lệch nhiệt độ sẽ xảy ra trao đổi nhiệt, nhờ đó nhiệt độ không khí được cân bằng. Bộ thu hồi nhiệt có một bộ trao đổi nhiệt với hai buồng, chúng truyền khí thải và cung cấp luồng không khí qua chính chúng. Nước ngưng tích lũy hình thành do chênh lệch nhiệt độ sẽ tự động được loại bỏ khỏi bộ thu hồi nhiệt.

Hệ thống thu hồi không chỉ cho phép bạn thông gió trong phòng mà còn tiết kiệm đáng kể chi phí sưởi ấm vì nó làm giảm thất thoát nhiệt một cách hiệu quả. Người phục hồi có khả năng tiết kiệm hơn 2/3 nhiệt thoát ra khỏi phòng, nghĩa là thiết bị sẽ tái sử dụng năng lượng nhiệt trong một chu trình công nghệ.

Phân loại thiết bị

Thiết bị thu hồi nhiệt khác nhau về kiểu và thiết kế dòng chất làm mát cũng như mục đích của chúng. Có nhiều loại máy phục hồi sức khỏe?

tấm mỏng
Quay
Nước
Các thiết bị có thể được đặt trên mái nhà.

Máy thu hồi tấm

Chúng được coi là phổ biến nhất vì giá thành thấp nhưng khá hiệu quả. Bộ trao đổi nhiệt nằm bên trong thiết bị bao gồm một hoặc nhiều tấm đồng hoặc nhôm, nhựa, cellulose rất bền, chúng ở trạng thái đứng yên. Không khí đi vào thiết bị đi qua một loạt băng cassette và không trộn lẫn, trong quá trình vận hành xảy ra quá trình làm mát và sưởi ấm đồng thời.

Thiết bị này rất nhỏ gọn và đáng tin cậy, thực tế nó không bị hỏng. Máy thu hồi nhiệt dạng tấm hoạt động không tiêu thụ điện, đây là một lợi thế quan trọng. Một trong những nhược điểm của thiết bị là mẫu dạng tấm không thể hoạt động trong thời tiết băng giá, không thể trao đổi độ ẩm do đóng băng thiết bị xả. Các ống xả của nó thu thập nước ngưng tụ, đóng băng ở nhiệt độ dưới 0.

Máy thu hồi quay

Một thiết bị như vậy được cung cấp năng lượng bằng điện; cánh quạt của nó được cung cấp năng lượng bởi một hoặc hai cánh quạt. phải xoay trong quá trình hoạt động, sau đó chuyển động không khí xảy ra. Thông thường họ có hình trụ có các tấm được lắp chặt và một trống bên trong, chúng buộc phải quay theo luồng không khí, đầu tiên sẽ thoát ra ngoài không khí trong phòng, và sau đó đổi hướng, không khí quay trở lại từ đường phố.

Cần lưu ý rằng các thiết bị quay lớn hơn, nhưng Hiệu quả của họ cao hơn nhiều hơn những tấm mỏng. Chúng rất tuyệt vời cho cơ sở rộng lớn- hội trường, trung tâm mua sắm, bệnh viện, nhà hàng nên không nên mua về nhà. Trong số những nhược điểm, cần lưu ý đến việc bảo trì tốn kém các thiết bị như vậy, vì chúng tiêu tốn nhiều điện, không dễ lắp đặt do cồng kềnh và đắt tiền. Cần có buồng thông gió để lắp đặt do kích thước lớn máy thu hồi nhiệt dạng quay.

Máy thu hồi nước đặt trên mái nhà

Các thiết bị tuần hoàn truyền năng lượng nhiệt đến bộ trao đổi nhiệt cung cấp bằng cách sử dụng một số chất làm mát - nước, chất chống đông, v.v. Thiết bị này có hiệu suất rất giống với thiết bị thu hồi nhiệt dạng tấm, nhưng khác ở chỗ nó rất giống nhau hệ thống nước sưởi. Nhược điểm là hiệu quả thấp và bảo trì thường xuyên.

Máy thu hồi nhiệt có thể đặt trên mái nhà giúp tiết kiệm không gian trong phòng. Hiệu quả của nó tối đa là 68%, nó không đòi hỏi chi phí vận hành, tất cả những phẩm chất này có thể là do những ưu điểm của loại này. Nhược điểm là khó lắp đặt bộ thu hồi nhiệt như vậy, cần có hệ thống lắp đặt đặc biệt. Thông thường loại này được sử dụng cho các cơ sở công nghiệp.

Thông gió tự nhiên phải được thiết kế và lắp đặt trong bất kỳ tòa nhà dân cư nào, nhưng nó luôn bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, tùy theo thời điểm trong năm mà cường độ thông gió phụ thuộc vào điều này. Nếu hệ thống thông gió hoạt động hiệu quả trong mùa đông lạnh giá thì vào mùa hè nó thực tế không hoạt động.

Độ kín của một tòa nhà dân cư có thể được giảm bớt bằng cách cải thiện thông gió tự nhiên, nhưng nó sẽ chỉ cho kết quả rõ rệt vào mùa lạnh. Ngoài ra còn có mặt tiêu cực, ví dụ, nhiệt sẽ thoát ra khỏi một tòa nhà dân cư và không khí lạnh đi vào sẽ cần được sưởi ấm thêm.

Để quá trình thông gió này không quá tốn kém đối với chủ nhà, cần phải sử dụng nhiệt của không khí lấy ra khỏi phòng. Cần làm lưu thông cưỡng bức không khí. Để làm được điều này, một mạng lưới các ống dẫn khí cấp và thoát khí được bố trí, sau đó lắp đặt quạt. Họ sẽ cung cấp không khí cho từng phòng riêng lẻ và quá trình này sẽ không liên quan đến điều kiện thời tiết. Đặc biệt cho mục đích này, một bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt ở nơi giao nhau giữa khối không khí trong lành và ô nhiễm.

Máy thu hồi không khí cung cấp những gì?

Hệ thống thu hồi cho phép bạn giảm thiểu tỷ lệ trộn lẫn không khí vào và khí thải. Các thiết bị phân tách trong thiết bị thực hiện quá trình này. Do sự truyền năng lượng dòng chảy tới ranh giới, sự trao đổi nhiệt xảy ra; các tia sẽ truyền song song hoặc chéo. Hệ thống phục hồi có nhiều đặc điểm tích cực.

Một loại lưới tản nhiệt đặc biệt ở cửa hút gió giúp giữ bụi, côn trùng, phấn hoa và thậm chí cả vi khuẩn từ đường phố.
Không khí tinh khiết đi vào phòng.
Không khí ô nhiễm có thể chứa các thành phần có hại sẽ rời khỏi phòng.
Ngoài việc lưu thông, các tia cung cấp được làm sạch và cách nhiệt.
Thúc đẩy giấc ngủ ngon hơn và khỏe mạnh hơn.

Các đặc tính tích cực của hệ thống giúp bạn có thể sử dụng nó trong nhà nhiều loại khác nhauđể tạo sự thoải mái hơn điều kiện nhiệt độ. Rất thường xuyên chúng được sử dụng trong cơ sở công nghiệp nơi cần thông gió cho không gian rộng lớn. Ở những nơi như vậy cần phải hỗ trợ nhiệt độ không đổi không khí, nhiệm vụ này được xử lý bởi các máy thu hồi nhiệt quay có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới +650 o C.

Phần kết luận

Sự cân bằng cần thiết của tươi và không khí trong lành với độ ẩm bình thường việc cung cấp và thông gió xả. Bằng cách lắp đặt bộ thu hồi nhiệt, bạn có thể giải quyết nhiều vấn đề cũng liên quan đến việc tiết kiệm tài nguyên năng lượng.

Khi chọn máy thu hồi không khí cho ngôi nhà của mình, bạn cần tính đến diện tích không gian sống, độ ẩm trong đó và mục đích của thiết bị. Bạn chắc chắn nên chú ý đến giá thành của thiết bị và khả năng lắp đặt cũng như hiệu quả của nó, điều này sẽ phụ thuộc vào chất lượng thông gió của toàn bộ ngôi nhà.

Đổi tên chủ đề. Trông không giống một chương trình giáo dục chút nào. Anh ấy chỉ quan tâm đến PR.
Bây giờ tôi sẽ sửa lại một chút.
Ưu điểm của máy thu hồi nhiệt quay:
1. Hiệu suất truyền nhiệt cao
Vâng tôi đồng ý. Hiệu quả cao nhất trong số các hệ thống thông gió gia đình.
2. Hút ẩm không khí trong phòng vì nó không hút ẩm.
Không ai đặc biệt sử dụng rôto để sấy khô. Tại sao điều này được bao gồm như một điểm cộng?
Nhược điểm:
1. Kích thước lớn.
Tôi không đồng ý.
2. Rôto là một cơ cấu chuyển động phức tạp, dễ bị mài mòn và chi phí vận hành sẽ tăng theo.
Một động cơ bước nhỏ làm quay rôto có giá 3 kopecks và hiếm khi hỏng hóc, bạn gọi đó là “cơ chế chuyển động phức tạp” làm tăng chi phí vận hành?
3. Các luồng không khí tiếp xúc, do đó phụ gia lên tới 20%, theo một số báo cáo lên tới 30%.
Ai nói 30? Bạn có nó ở đâu? Vui lòng cung cấp cho chúng tôi liên kết. Tôi vẫn có thể tin vào 10% dòng chảy, nhưng 30% là điều vô nghĩa. Về mặt này, một số thiết bị thu hồi nhiệt dạng tấm không được bịt kín hoàn toàn và ở đó dòng chảy nhỏ là bình thường.
4. Cần thoát nước ngưng tụ
Kính gửi lập trình viên giáo dục, hãy đọc ít nhất một sách hướng dẫn lắp đặt hệ thống quay cho các căn hộ và biệt thự. Nó được viết ở đó bằng màu đen và trắng: ở độ ẩm không khí tiêu chuẩn, không cần loại bỏ nước ngưng tụ.
5. Cố định PVU vào một vị trí.
Tại sao đây là một điểm trừ?
6. Hút ẩm không khí trong phòng vì nó không hút ẩm.
Nếu bạn biết thị trường hệ thống thông gió, bạn đã chú ý đến sự phát triển của cánh quạt làm bằng vật liệu hút ẩm. Câu hỏi về mức độ cần thiết của điều này và tất cả khả năng hút ẩm này là cần thiết, kể cả trong các thiết bị thu hồi nhiệt dạng tấm, là một câu hỏi gây tranh cãi và thường không ủng hộ khả năng hút ẩm.
Cảm ơn vì câu trả lời.
Không ai giả vờ là một chương trình giáo dục. Một chủ đề để thảo luận và có thể trợ giúp cho người dùng cũng như cho tôi với tư cách là một người dùng.
“Vì tôi là một người hơi quan tâm nên tôi sẽ so sánh nó với những gì tôi làm việc cùng.” - Tôi đã viết ngay từ đầu. Tôi so sánh nó với những gì tôi đang làm việc.
Loại quay có kích thước lớn hơn loại tấm. Bởi vì tôi so sánh nó với những gì tôi làm việc cùng.
Theo tôi, việc nó có các chỉ số hiệu quả cao nhất là không đúng; loại ba tấm có hiệu quả cao hơn và khả năng chống băng giá cao hơn. Một lần nữa, tôi so sánh nó với những gì tôi đang làm việc.
Đây là một cơ chế chuyển động và có thể bị mài mòn nên nó có giá ba kopecks. Điều này tốt.
Gắn ở một vị trí là một điểm trừ. Không phải lúc nào cũng có thể cài đặt chính xác như trong sơ đồ.
Cần hút ẩm để giảm Nhiệt độ hoạt động, lúc đó bộ thu hồi sẽ không bị đóng băng.

Do việc tăng thuế đối với các nguồn năng lượng sơ cấp, quá trình phục hồi trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Trong các thiết bị xử lý không khí có thu hồi, các loại thiết bị thu hồi nhiệt sau đây thường được sử dụng:

tấm hoặc thiết bị thu hồi dòng chéo;
máy thu hồi nhiệt dạng quay;
thiết bị thu hồi nhiệt có chất làm mát trung gian;
Bơm nhiệt;
thiết bị thu hồi nhiệt kiểu buồng;
thiết bị thu hồi nhiệt có ống dẫn nhiệt.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của bất kỳ thiết bị thu hồi nhiệt nào trong các thiết bị xử lý không khí như sau. Nó cung cấp sự trao đổi nhiệt (trong một số mô hình - cả trao đổi lạnh và trao đổi độ ẩm) giữa nguồn cung cấp và khí thải. Quá trình trao đổi nhiệt có thể xảy ra liên tục - xuyên qua thành của bộ trao đổi nhiệt, sử dụng freon hoặc chất làm mát trung gian. Trao đổi nhiệt cũng có thể diễn ra định kỳ, như trong thiết bị thu hồi nhiệt quay và buồng. Kết quả là khí thải được làm mát, từ đó làm nóng không khí cấp mới. Quá trình trao đổi lạnh trong một số mẫu máy thu hồi nhiệt diễn ra trong mùa ấm áp và giúp giảm chi phí năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí do làm mát một phần không khí cung cấp cho phòng. Trao đổi độ ẩm xảy ra giữa luồng khí thải và luồng không khí cung cấp, cho phép bạn duy trì độ ẩm thoải mái trong phòng quanh năm mà không cần sử dụng bất kỳ thiết bị bổ sung nào - máy tạo độ ẩm và các thiết bị khác.

Thiết bị thu hồi nhiệt dạng tấm hoặc dòng chảy ngang.

Các tấm dẫn nhiệt của bề mặt thu hồi được làm bằng kim loại mỏng (vật liệu - nhôm, đồng, thép không gỉ) giấy bạc hoặc bìa cứng siêu mỏng, nhựa, xenlulo hút ẩm. Luồng khí cấp và khí thải di chuyển qua nhiều kênh nhỏ được tạo thành bởi các tấm dẫn nhiệt này theo mô hình dòng chảy ngược. Việc tiếp xúc, trộn lẫn các dòng chảy và sự ô nhiễm của chúng thực tế được loại trừ. Không có bộ phận chuyển động trong thiết kế bộ thu hồi nhiệt. Tỷ lệ hiệu quả 50-80%. Trong thiết bị thu hồi lá kim loại, do sự khác biệt về nhiệt độ luồng không khí, hơi ẩm có thể ngưng tụ trên bề mặt của các tấm. Vào mùa ấm áp, nó phải được thoát vào hệ thống thoát nước của tòa nhà thông qua đường ống thoát nước được trang bị đặc biệt. Trong thời tiết lạnh, có nguy cơ hơi ẩm này đóng băng trong thiết bị thu hồi nhiệt và gây hư hỏng cơ học (rã đông). Ngoài ra, băng hình thành làm giảm đáng kể hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt. Do đó, khi vận hành vào mùa lạnh, bộ trao đổi nhiệt với tấm dẫn nhiệt bằng kim loại cần được rã đông định kỳ bằng luồng khí thải ấm hoặc sử dụng thêm máy sưởi không khí hoặc nước. Trong trường hợp này, không khí cung cấp hoàn toàn không được cung cấp hoặc được cung cấp cho phòng đi qua bộ thu hồi nhiệt thông qua một van bổ sung (đường vòng). Thời gian rã đông trung bình từ 5 đến 25 phút. Bộ trao đổi nhiệt với các tấm dẫn nhiệt làm bằng bìa cứng và nhựa siêu mỏng không bị đóng băng vì quá trình trao đổi độ ẩm xảy ra thông qua các vật liệu này, nhưng nó có một nhược điểm khác - nó không thể được sử dụng để thông gió cho các phòng có độ ẩm cao. làm khô chúng. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể được lắp đặt trong hệ thống cấp và xả ở cả vị trí thẳng đứng và nằm ngang, tùy thuộc vào yêu cầu về kích thước của buồng thông gió. Thiết bị thu hồi nhiệt dạng tấm là phổ biến nhất do thiết kế tương đối đơn giản và chi phí thấp.

Máy thu hồi nhiệt dạng quay.

Loại này phổ biến thứ hai sau loại lamellar. Nhiệt từ luồng không khí này sang luồng không khí khác được truyền qua một trống rỗng hình trụ, gọi là rôto, quay giữa phần xả và phần cung cấp. Thể tích bên trong của rôto được lấp đầy bằng lá hoặc dây kim loại được đóng chặt, đóng vai trò làm bề mặt truyền nhiệt quay. Chất liệu giấy bạc hoặc dây giống như máy thu hồi tấm- đồng, nhôm hoặc thép không gỉ. Rôto có trục quay nằm ngang của trục truyền động, được quay bằng động cơ điện có điều khiển bước hoặc biến tần. Động cơ có thể được sử dụng để kiểm soát quá trình phục hồi. Tỷ lệ hiệu quả 75-90%. Hiệu suất của bộ thu hồi nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ dòng chảy, tốc độ và tốc độ rôto của chúng. Bằng cách thay đổi tốc độ rôto, bạn có thể thay đổi hiệu suất vận hành. Không thể loại trừ hoàn toàn sự đóng băng của hơi ẩm trong rôto, nhưng không thể loại trừ hoàn toàn sự trộn lẫn các dòng chảy, sự nhiễm bẩn lẫn nhau và sự truyền mùi của chúng vì các dòng chảy tiếp xúc trực tiếp với nhau. Có thể trộn tới 3%. Bộ trao đổi nhiệt quay không cần lượng điện lớn và cho phép bạn làm khô không khí trong phòng có độ ẩm cao. Thiết kế của máy thu hồi nhiệt dạng quay phức tạp hơn so với máy thu hồi dạng tấm, giá thành và chi phí vận hành của chúng cao hơn. Tuy nhiên, các bộ xử lý không khí có bộ trao đổi nhiệt quay rất phổ biến do hiệu quả cao.

Máy thu hồi nhiệt có chất làm mát trung gian.

Chất làm mát thường là nước hoặc dung dịch nước của glycol. Bộ thu hồi nhiệt như vậy bao gồm hai bộ trao đổi nhiệt được nối với nhau bằng đường ống với bơm tuần hoàn và các phụ kiện. Một trong những bộ trao đổi nhiệt được đặt trong kênh có luồng khí thải và nhận nhiệt từ nó. Nhiệt được truyền qua chất làm mát bằng máy bơm và đường ống đến một bộ trao đổi nhiệt khác nằm trong kênh cung cấp không khí. Không khí cung cấp nhận được nhiệt này và nóng lên. Việc trộn các dòng trong trường hợp này hoàn toàn bị loại trừ, nhưng do có chất làm mát trung gian nên hệ số hiệu suất của loại thiết bị thu hồi nhiệt này tương đối thấp và lên tới 45-55%. Hiệu quả có thể bị ảnh hưởng khi sử dụng máy bơm bằng cách ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển của chất làm mát. Ưu điểm và sự khác biệt chính giữa bộ thu hồi nhiệt có chất làm mát trung gian và bộ thu hồi nhiệt có ống dẫn nhiệt là bộ trao đổi nhiệt trong bộ phận xả và bộ cấp nguồn có thể được đặt ở khoảng cách xa nhau. Vị trí lắp đặt bộ trao đổi nhiệt, máy bơm và đường ống có thể theo chiều dọc hoặc chiều ngang.

Bơm nhiệt.

Gần đây, một loại thiết bị thu hồi nhiệt thú vị với chất làm mát trung gian đã xuất hiện - cái gọi là. thiết bị thu hồi nhiệt động, trong đó vai trò của bộ trao đổi nhiệt lỏng, đường ống và máy bơm được thực hiện bởi máy làm lạnh hoạt động ở chế độ bơm nhiệt. Đây là một loại kết hợp giữa máy thu hồi nhiệt và bơm nhiệt. Nó bao gồm hai bộ trao đổi nhiệt môi chất lạnh - bộ làm mát không khí bay hơi và bộ ngưng tụ, đường ống, van điều nhiệt, máy nén và 4 Van định hướng. Bộ trao đổi nhiệt được đặt trong ống dẫn khí cung cấp và khí thải, cần có máy nén để đảm bảo sự lưu thông của chất làm lạnh và van chuyển đổi dòng chất làm lạnh tùy theo mùa và cho phép truyền nhiệt từ khí thải sang không khí cung cấp và ngược lại. ngược lại. trong đó hệ thống cung cấp và xả có thể bao gồm một số đơn vị cung cấp và một đơn vị xả công suất cao hơn, được thống nhất bởi một mạch làm lạnh. Đồng thời, khả năng của hệ thống cho phép một số thiết bị xử lý không khí hoạt động trong chế độ khác nhau(sưởi ấm/làm mát) đồng thời. Hệ số chuyển đổi của bơm nhiệt COP có thể đạt giá trị 4,5-6,5.

Máy thu hồi nhiệt có ống dẫn nhiệt.

Theo nguyên lý hoạt động, thiết bị thu hồi nhiệt có ống dẫn nhiệt cũng tương tự như thiết bị thu hồi nhiệt có chất làm mát trung gian. Sự khác biệt duy nhất là không phải bộ trao đổi nhiệt được đặt trong luồng không khí mà được gọi là ống dẫn nhiệt hay chính xác hơn là xi phông nhiệt. Về mặt cấu trúc, đây là những đoạn ống có vây bằng đồng được bịt kín, bên trong được lấp đầy bằng freon có nhiệt độ sôi thấp được lựa chọn đặc biệt. Một đầu ống trong luồng khí thải nóng lên, freon sôi ở nơi này và truyền nhiệt nhận được từ không khí sang đầu kia của ống, được luồng không khí cấp thổi vào. Tại đây, freon bên trong đường ống ngưng tụ và truyền nhiệt vào không khí, khiến không khí nóng lên. Sự trộn lẫn lẫn nhau của các dòng chảy, ô nhiễm và chuyển mùi của chúng được loại trừ hoàn toàn. Không có bộ phận chuyển động; các đường ống chỉ được đặt thành dòng theo phương thẳng đứng hoặc hơi nghiêng để freon di chuyển bên trong đường ống từ đầu lạnh đến đầu nóng do trọng lực. Tỷ lệ hiệu quả 50-70%. Điều kiện quan trọngđể đảm bảo hoạt động của nó: các ống dẫn khí lắp đặt xi phông nhiệt phải được đặt thẳng đứng chồng lên nhau.

Bộ thu hồi kiểu buồng.

Thể tích bên trong (buồng) của bộ thu hồi nhiệt như vậy được chia thành hai nửa bằng van điều tiết. Van điều tiết thỉnh thoảng di chuyển, do đó thay đổi hướng chuyển động của luồng khí thải và cung cấp. Khí thải làm nóng một nửa buồng, sau đó van điều tiết hướng luồng không khí cung cấp đến đây và nó được làm nóng bởi các bức tường được làm nóng của buồng. Quá trình này được lặp lại định kỳ. Tỷ lệ hiệu quả đạt 70-80%. Nhưng thiết kế có các bộ phận chuyển động, do đó có khả năng cao xảy ra sự trộn lẫn lẫn nhau, làm ô nhiễm dòng chảy và truyền mùi.

Tính toán hiệu suất thu hồi nhiệt.

TRONG Thông số kỹ thuậtĐối với các thiết bị thông gió phục hồi, nhiều nhà sản xuất thường cung cấp hai giá trị của hệ số thu hồi - dựa trên nhiệt độ không khí và entanpy của nó. Hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt có thể được tính toán dựa trên nhiệt độ hoặc entanpy của không khí. Tính toán theo nhiệt độ có tính đến hàm lượng nhiệt cảm nhận được của không khí và theo entanpy, độ ẩm của không khí (độ ẩm tương đối của nó) cũng được tính đến. Tính toán dựa trên entanpy được coi là chính xác hơn. Để tính toán, cần có dữ liệu ban đầu. Chúng thu được bằng cách đo nhiệt độ và độ ẩm của không khí ở ba nơi: trong nhà (nơi bộ phận thông gió cung cấp trao đổi không khí), ngoài trời và trong mặt cắt ngang của lưới phân phối không khí cung cấp (từ nơi không khí đã qua xử lý đi vào phòng). không khí bên ngoài). Công thức tính hiệu suất thu hồi theo nhiệt độ như sau:

Kt = (T4 – T1) / (T2 – T1), Ở đâu

Kt– hệ số hiệu suất thu hồi nhiệt theo nhiệt độ;
T1– nhiệt độ không khí bên ngoài, oC;
T2- nhiệt độ của khí thải (tức là không khí trong nhà), °C;
T4– Nhiệt độ không khí cung cấp, oC.

Entanpi của không khí là hàm lượng nhiệt của không khí, tức là lượng nhiệt chứa trong nó trên 1 kg không khí khô. Entanpy được xác định bằng sử dụng i-d sơ đồ trạng thái không khí ẩm, trên đó vẽ các điểm tương ứng với nhiệt độ, độ ẩm đo được trong phòng, bên ngoài và cấp không khí. Công thức tính hiệu suất thu hồi dựa trên entanpy như sau:

Kh = (H4 – H1) / (H2 – H1), Ở đâu

Kh– hệ số hiệu suất thu hồi nhiệt tính theo entanpy;
H1- entanpy của không khí bên ngoài, kJ/kg;
H2- entanpy của khí thải (tức là không khí trong nhà), kJ/kg;
H4- entanpy của không khí cấp, kJ/kg.

Tính khả thi về mặt kinh tế của việc sử dụng các thiết bị xử lý không khí có thu hồi.

Ví dụ: hãy thực hiện một nghiên cứu khả thi về việc sử dụng thiết bị thông gió có khả năng phục hồi trong hệ thống cung cấp và thông gió thải khuôn viên showroom ô tô.

Dữ liệu ban đầu:

đối tượng – showroom ô tô có tổng diện tích 2000 m2;
chiều cao trung bình mặt bằng rộng 3-6 m2, gồm 2 phòng triển lãm, khu văn phòng và nhà ga BẢO TRÌ(MỘT TRĂM);
để cung cấp và thông gió cho các cơ sở này đã được chọn đơn vị thông gió loại kênh: 1 tổ máy có lưu lượng không khí 650 m3/giờ và mức tiêu thụ điện năng 0,4 kW và 5 tổ máy có lưu lượng không khí 1500 m3/giờ và mức tiêu thụ điện năng 0,83 kW.
phạm vi nhiệt độ không khí bên ngoài được đảm bảo cho lắp đặt ống dẫn là (-15…+40) оС.

Để so sánh mức tiêu thụ năng lượng, chúng ta sẽ tính công suất của một máy sưởi không khí chạy điện dạng ống dẫn cần thiết để sưởi ấm không khí bên ngoài vào mùa lạnh ở đơn vị xử lý không khí kiểu truyền thống(bao gồm van một chiều, bộ lọc ống dẫn, quạt và bộ sưởi không khí bằng điện) với lưu lượng không khí lần lượt là 650 và 1500 m3/h. Đồng thời, chi phí điện là 5 rúp trên 1 kW*giờ.

Không khí bên ngoài phải được làm nóng từ -15 đến +20°C.

Công suất của máy sưởi không khí điện được tính toán bằng phương trình cân bằng nhiệt:

Qн = G*Cp*T, W, Ở đâu:

Qн- công suất làm nóng không khí, W;
G- lưu lượng không khí khối qua bộ gia nhiệt không khí, kg/s;
Thứ Tư- Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí. Ср = 1000kJ/kg*K;
T- chênh lệch nhiệt độ không khí ở đầu ra của bộ sưởi không khí và đầu vào.

T = 20 – (-15) = 35oC.

1. 650/3600 = 0,181 m3/giây

p = 1,2 kg/m3 – mật độ không khí.

G = 0,181*1,2 = 0,217 kg/giây

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

2. 1500/3600 = 0,417 m3/giây

G = 0,417*1,2 = 0,5 kg/giây

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

Như vậy, việc sử dụng các thiết bị ống dẫn có khả năng thu hồi nhiệt trong mùa lạnh thay vì các thiết bị truyền thống sử dụng máy sưởi không khí bằng điện giúp giảm chi phí năng lượng với cùng một lượng không khí được cung cấp tới hơn 20 lần, từ đó giảm chi phí và từ đó tăng lợi nhuận. của một đại lý ô tô. Ngoài ra, việc sử dụng các thiết bị thu hồi giúp giảm chi phí tài chính của người tiêu dùng đối với nguồn năng lượng để sưởi ấm cơ sở trong mùa lạnh và điều hòa không khí trong mùa ấm khoảng 50%.

Để rõ ràng hơn chúng ta sẽ so sánh phân tích tài chính mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống cung cấp và thông gió thải cho cơ sở đại lý ô tô, được trang bị bộ thu hồi nhiệt dạng ống dẫn và bộ truyền thống có máy sưởi không khí bằng điện.

Dữ liệu ban đầu:

Hệ thống 1.

Lắp đặt hệ thống thu hồi nhiệt với tốc độ dòng chảy 650 m3/giờ – 1 chiếc. và 1500 m3/giờ – 5 chiếc.

Tổng công suất điện tiêu thụ sẽ là: 0,4 + 5*0,83 = 4,55 kW*giờ.

Hệ thống 2.

Các thiết bị thông gió và cung cấp ống dẫn truyền thống - 1 chiếc. với lưu lượng 650m3/giờ và 5 tổ máy. với lưu lượng 1500m3/h.

Tổng cộng điện lắp đặt ở tốc độ 650 m3/giờ sẽ là:

quạt – 2*0,155 = 0,31 kW*giờ;
tự động hóa và truyền động van – 0,1 kW*giờ;
máy sưởi không khí bằng điện – 7,6 kW*giờ;

Tổng cộng: 8,01 kW*giờ.

Tổng công suất điện của hệ thống lắp đặt ở mức 1500 m3/giờ sẽ là:

quạt – 2*0,32 = 0,64 kW*giờ;
tự động hóa và truyền động van – 0,1 kW*giờ;
máy sưởi không khí bằng điện – 17,5 kW*giờ.

Tổng cộng: (18,24 kW*giờ)*5 = 91,2 kW*giờ.

Tổng cộng: 91,2 + 8,01 = 99,21 kW*giờ.

Chúng tôi giả định thời gian sử dụng hệ thống sưởi trong hệ thống thông gió là 150 ngày làm việc mỗi năm trong 9 giờ. Chúng tôi nhận được 150 * 9 = 1350 giờ.

Năng lượng tiêu thụ khi lắp đặt có thu hồi sẽ là: 4,55 * 1350 = 6142,5 kW

Chi phí vận hành sẽ là: 5 rúp * 6142,5 kW = 30712,5 rúp. hoặc theo nghĩa tương đối (để toàn bộ khu vực phòng trưng bày ô tô 2000 m2) theo biểu thức 30172,5/2000 = 15,1 chà./m2.

Mức tiêu thụ năng lượng của các hệ thống truyền thống sẽ là: 99,21 * 1350 = 133933,5 kW Chi phí vận hành sẽ là: 5 rúp * 133933,5 kW = 669667,5 rúp. hoặc tính theo giá trị tương đối (trên tổng diện tích của đại lý ô tô là 2000 m2) 669667,5 / 2000 = 334,8 rúp/m2.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét đặc tính truyền nhiệt như hệ số thu hồi. Nó cho thấy mức độ mà một chất mang nhiệt sử dụng chất mang nhiệt khác trong quá trình trao đổi nhiệt. Hệ số thu hồi có thể được gọi là hệ số thu hồi nhiệt, hiệu suất truyền nhiệt hoặc hiệu suất nhiệt.

Trong phần đầu của bài viết, chúng ta sẽ cố gắng tìm ra các mối quan hệ phổ biến của quá trình truyền nhiệt. Chúng có thể thu được từ những nguyên lý vật lý tổng quát nhất và không yêu cầu bất kỳ phép đo nào. Trong phần thứ hai, chúng tôi sẽ trình bày sự phụ thuộc của hệ số thu hồi thực vào các đặc điểm chính của trao đổi nhiệt đối với màn không khí thực hoặc riêng đối với các bộ trao đổi nhiệt nước-không khí, đã được thảo luận trong bài viết “Công suất màn nhiệt ở chất làm mát tùy ý”. và tốc độ dòng khí. Giải thích dữ liệu thực nghiệm" và "Công suất rèm nhiệt ở tốc độ dòng khí và chất làm mát tùy ý. Bất biến của quá trình truyền nhiệt”, được tạp chí “Climate World” xuất bản lần lượt ở số 80 và 83. Nó sẽ cho thấy các hệ số phụ thuộc như thế nào vào đặc tính của bộ trao đổi nhiệt, cũng như chúng bị ảnh hưởng như thế nào bởi tốc độ dòng chất làm mát. Một số nghịch lý truyền nhiệt sẽ được giải thích, đặc biệt là nghịch lý giá trị cao của hệ số thu hồi ở sự khác biệt lớn trong chi phí chất làm mát. Để đơn giản hóa, khái niệm phục hồi và ý nghĩa của nó định lượng(hệ số) hãy xem ví dụ về bộ trao đổi nhiệt không khí. Điều này sẽ cho phép chúng tôi xác định cách tiếp cận ý nghĩa của hiện tượng, sau đó có thể mở rộng sang bất kỳ trao đổi nào, bao gồm cả “nước - không khí”. Lưu ý rằng trong các khối trao đổi nhiệt không khí, cả hai dòng điện chéo, về cơ bản tương tự như bộ trao đổi nhiệt nước-không khí, và dòng ngược của môi trường trao đổi nhiệt đều có thể được tổ chức. Trong trường hợp dòng điện ngược xác định giá trị cao của hệ số thu hồi, các mô hình truyền nhiệt thực tế có thể hơi khác so với các mô hình đã thảo luận trước đó. Điều quan trọng là các định luật phổ biến về truyền nhiệt nói chung có giá trị đối với bất kỳ loại thiết bị trao đổi nhiệt nào. Trong phần thảo luận của bài viết, chúng ta sẽ giả sử rằng năng lượng được bảo toàn trong quá trình truyền nhiệt. Điều này tương đương với việc nói rằng công suất bức xạ và sự đối lưu nhiệt từ cơ thể thiết bị nhiệt, được xác định bởi nhiệt độ của vỏ, nhỏ so với công suất truyền nhiệt hữu ích. Chúng ta cũng sẽ giả định rằng nhiệt dung của chất mang không phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng.

KHI NÀO LÀ TỶ LỆ PHỤC HỒI CAO LÀ QUAN TRỌNG?

Có thể coi khả năng truyền một lượng nhiệt năng nhất định là một trong những đặc điểm chính của bất kỳ thiết bị nhiệt nào. Khả năng này càng cao thì trang bị càng đắt tiền. Hệ số thu hồi về mặt lý thuyết có thể thay đổi từ 0 đến 100%, nhưng trên thực tế nó thường dao động từ 25 đến 95%. Theo trực giác, người ta có thể cho rằng hệ số thu hồi cao, cũng như khả năng truyền tải công suất cao, hàm ý chất lượng tiêu dùng cao của thiết bị. Tuy nhiên, trên thực tế, mối liên hệ trực tiếp như vậy không được quan sát thấy, tất cả phụ thuộc vào điều kiện sử dụng bộ trao đổi nhiệt. Khi nào mức độ thu hồi nhiệt cao là quan trọng và khi nào là thứ yếu? Nếu chất làm mát dùng để lấy nhiệt hoặc lạnh chỉ được sử dụng một lần, nghĩa là không được lặp lại và ngay sau khi sử dụng sẽ thải ra môi trường bên ngoài một cách không thể khắc phục được, thì đối với sử dụng hiệu quảĐối với lượng nhiệt này, nên sử dụng thiết bị có hệ số thu hồi cao. Các ví dụ bao gồm việc sử dụng nhiệt hoặc lạnh từ một phần của hệ thống địa nhiệt, bể chứa mở, nguồn nhiệt dư thừa về công nghệ, nơi không thể đóng mạch làm mát. Khả năng thu hồi cao rất quan trọng khi việc tính toán trong mạng sưởi ấm chỉ được thực hiện dựa trên lưu lượng nước và nhiệt độ của nước trực tiếp. Đối với các bộ trao đổi nhiệt không khí, đây là việc sử dụng nhiệt từ khí thải, ngay sau khi trao đổi nhiệt sẽ đi ra môi trường bên ngoài. Một trường hợp cực đoan khác xảy ra khi chất làm mát được trả đúng theo năng lượng lấy từ nó. Nó có thể được gọi lựa chọn lý tưởng mạng lưới sưởi ấm. Khi đó chúng ta có thể nói rằng tham số như hệ số phục hồi không có ý nghĩa gì cả. Mặc dù, với những hạn chế về nhiệt độ quay trở lại của chất mang, hệ số thu hồi cũng có ý nghĩa. Lưu ý rằng trong một số điều kiện, tỷ lệ phục hồi thiết bị thấp hơn là mong muốn.

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHỤC HỒI

Định nghĩa về hệ số thu hồi được đưa ra trong nhiều sách tham khảo (ví dụ). Nếu nhiệt được trao đổi giữa hai môi trường 1 và 2 (Hình 1),

có nhiệt dung lần lượt là c 1 và c 2 (tính bằng J/kgxK) và tốc độ dòng khối lượng g 1 và g 2 (tính bằng kg/s), khi đó hệ số thu hồi trao đổi nhiệt có thể được biểu diễn dưới dạng hai tỷ số tương đương:

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

Trong biểu thức này, T 1 và T 2 là nhiệt độ cuối cùng của hai môi trường này, T 1 0 và T 2 0 là nhiệt độ ban đầu và (cg) min là mức tối thiểu của hai giá trị của cái gọi là nhiệt tương đương với các môi trường này (W/K) ở tốc độ dòng g 1 và g 2 , (cg) min = min((với 1 g 1), (với 2 g 2)). Để tính hệ số, bạn có thể sử dụng bất kỳ biểu thức nào, vì tử số của chúng, mỗi tử số biểu thị tổng công suất truyền nhiệt (2), đều bằng nhau.

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

Đẳng thức thứ hai trong (2) có thể được coi là biểu hiện của định luật bảo toàn năng lượng trong quá trình truyền nhiệt, mà đối với các quá trình nhiệt được gọi là định luật thứ nhất của nhiệt động lực học. Có thể lưu ý rằng trong bất kỳ định nghĩa nào trong hai định nghĩa tương đương ở (1) chỉ có ba trong số bốn nhiệt độ trao đổi có mặt. Như đã nêu, giá trị trở nên quan trọng khi một trong các chất làm mát bị loại bỏ sau khi sử dụng. Theo đó, việc lựa chọn hai biểu thức trong (1) luôn có thể được thực hiện sao cho nhiệt độ cuối cùng của chất mang này được loại trừ khỏi biểu thức để tính toán. Hãy đưa ra ví dụ.

a) Thu hồi nhiệt từ khí thải

Một ví dụ nổi tiếng về bộ trao đổi nhiệt có giá trị yêu cầu cao là bộ thu hồi nhiệt khí thải để làm nóng không khí cấp (Hình 2).

Nếu chúng ta ký hiệu nhiệt độ của khí thải là phòng T, không khí đường phố là T st và không khí cấp sau khi gia nhiệt trong thiết bị thu hồi nhiệt là Tpr, thì có tính đến cùng một giá trị công suất nhiệt từ hai luồng không khí. (chúng gần như giống nhau, nếu chúng ta bỏ qua những phụ thuộc nhỏ vào độ ẩm và nhiệt độ không khí), chúng ta có thể thu được một biểu thức nổi tiếng cho:

Gpr (Tpr - Tst) / g min (T phòng - Tst). (3)

Trong công thức này, gmin biểu thị giá trị nhỏ nhất g min = min(g in, g out) trong hai tốc độ dòng gin của không khí cấp và lượng khí thải. Khi lưu lượng khí cấp không vượt quá lưu lượng khí thải, công thức (3) được đơn giản hóa và rút gọn về dạng = (Tpr - T st) / (T phòng - T st). Nhiệt độ không tính đến trong công thức (3) là nhiệt độ T’ của khí thải sau khi đi qua bộ trao đổi nhiệt.

b) Phục hồi sức khỏe trong rèm không khí hoặc máy sưởi không khí nước tùy ý

Vì trước mặt mọi người những lựa chọn khả thi nhiệt độ duy nhất mà giá trị của nó có thể không đáng kể là nhiệt độ trả lại nước T x, nó cần được loại trừ khỏi biểu thức của hệ số thu hồi. Nếu chúng ta biểu thị nhiệt độ của không khí xung quanh màn chắn gió là T0, không khí được làm nóng bởi màn chắn gió là T và nhiệt độ đi vào bộ trao đổi nhiệt nước nóng Tg, (Hình 3), vì chúng ta thu được:

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

Trong công thức này, c là nhiệt dung của không khí, g là tốc độ dòng khí khối lượng thứ hai.

Ký hiệu (сg) min là giá trị nhỏ nhất của không khí сg và nước с W G nhiệt đương lượng, с W là nhiệt dung của nước, G là lưu lượng khối lượng thứ hai của nước: (сg) min = min((сg), ( с W G)). Nếu lưu lượng không khí tương đối nhỏ và đương lượng không khí không vượt quá đương lượng nước thì công thức cũng được đơn giản hóa: = (T - T 0) / (T g - T 0).

Ý NGHĨA VẬT LÝ CỦA YẾU TỐ PHỤC HỒI

Có thể giả định rằng giá trị của hệ số thu hồi nhiệt là biểu thức định lượng của hiệu suất nhiệt động của truyền tải điện. Người ta biết rằng đối với việc truyền nhiệt, hiệu suất này bị giới hạn bởi định luật thứ hai của nhiệt động lực học, còn được gọi là định luật entropy không giảm.

Tuy nhiên, có thể chứng minh rằng đây thực sự là hiệu suất nhiệt động theo nghĩa entropy không giảm chỉ trong trường hợp nhiệt đương lượng của hai môi trường trao đổi nhiệt bằng nhau. Trong trường hợp tổng quát của bất đẳng thức tương đương, giá trị lý thuyết lớn nhất có thể có = 1 là do tiên đề Clausius phát biểu như sau: “Nhiệt không thể truyền từ vật lạnh hơn sang vật nóng hơn nếu không có những thay đổi khác đồng thời gắn liền với vụ chuyển nhượng này.” Trong định nghĩa này, những thay đổi khác có nghĩa là công việc được thực hiện trên hệ thống, chẳng hạn như trong chu trình Carnot ngược, trên cơ sở đó máy điều hòa không khí hoạt động. Xét rằng máy bơm và quạt, khi trao đổi nhiệt với các chất mang như nước, không khí và các chất khác, thực hiện công không đáng kể lên chúng so với năng lượng trao đổi nhiệt, chúng ta có thể giả sử rằng với sự trao đổi nhiệt như vậy, định đề Clausius được đáp ứng ở mức độ cao. sự chính xác.

Mặc dù người ta thường chấp nhận rằng cả định đề Clausius và nguyên lý entropy không giảm đều chỉ là những biểu hiện khác nhau của định luật thứ hai nhiệt động lực học đối với hệ thống khép kín, cái này sai. Để bác bỏ tính tương đương của chúng, chúng ta sẽ chỉ ra rằng nhìn chung chúng có thể dẫn đến những hạn chế khác nhau đối với sự truyền nhiệt. Chúng ta hãy xem xét một bộ thu hồi nhiệt không khí trong trường hợp nhiệt tương đương của hai môi trường trao đổi bằng nhau, nếu công suất nhiệt bằng nhau thì có nghĩa là tốc độ dòng khối của hai luồng không khí bằng nhau, và = (Tpr - Tst) / (T phòng - Tst). Để xác định, giả sử nhiệt độ phòng T phòng = 20 o C, và nhiệt độ đường phố T = 0 o C. Nếu chúng ta hoàn toàn bỏ qua ẩn nhiệt của không khí, gây ra bởi độ ẩm của nó, thì, như sau: ( 3), nhiệt độ không khí cấp Tpr = 16 o C tương ứng với hệ số thu hồi = 0,8, và ở Tpr = 20 o C sẽ đạt giá trị 1. (Nhiệt độ không khí thải ra đường phố trong những trường hợp này T ' sẽ lần lượt là 4 o C và 0 o C). Hãy chứng minh rằng chính xác = 1 là giá trị lớn nhất trong trường hợp này. Xét cho cùng, ngay cả khi không khí cung cấp có nhiệt độ Tpr = 24 o C, và không khí thoát ra ngoài đường T' = –4 o C, thì định luật thứ nhất của nhiệt động lực học (định luật bảo toàn năng lượng) sẽ không đúng bị vi phạm. Mỗi giây E = cg·24 o C Joules năng lượng sẽ được truyền vào không khí đường phố và lượng tương tự sẽ được lấy từ không khí trong nhà, đồng thời nó sẽ bằng 1,2, hay 120%. Tuy nhiên, sự truyền nhiệt như vậy chính xác là không thể vì entropy của hệ sẽ giảm, điều này bị cấm bởi định luật nhiệt động thứ hai.

Thật vậy, theo định nghĩa của entropy S, sự thay đổi của nó gắn liền với sự thay đổi năng lượng tổng cộng của khí Q theo hệ thức dS = dQ/T (nhiệt độ được đo bằng Kelvin), và cho rằng ở áp suất khí không đổi dQ = mcdT, m là khối lượng khí, s (hay thường được ký hiệu bằng p) - nhiệt dung ở áp suất không đổi, dS = mc · dT/T. Do đó, S = mc ln(T 2 / T 1), trong đó T 1 và T 2 là nhiệt độ khí ban đầu và cuối cùng. Trong ký hiệu của công thức (3) cho sự thay đổi thứ hai của entropy của không khí cung cấp, chúng ta thu được Spr = сg ln(Tpr / Tul), nếu không khí đường phố nóng lên là dương. Để thay đổi entropy của khí thải Svyt = s g ln(T / Troom). Thay đổi entropy của toàn hệ thống trong 1 giây:

S = Spr + S out = cg(ln(Tpr / T st) + ln(T' / T phòng)). (5)

Đối với mọi trường hợp, chúng ta sẽ giả sử đường T = 273K, phòng T = 293K. Với = 0,8 từ (3), Tpr = 289 K và từ (2) T' = 277 K, điều này sẽ cho phép chúng ta tính tổng sự thay đổi của entropy S = 0,8 = 8 10 –4 cg. Với = 1, chúng ta cũng thu được Tpr = 293K và T' = 273K, và entropy, như người ta mong đợi, được bảo toàn S =1 = 0. Trường hợp giả thuyết = 1,2 tương ứng với Tpr = 297K và T' = 269K , và phép tính thể hiện sự giảm entropy: S =1,2 = –1,2 10 –4 cg. Cách tính này có thể coi là biện minh cho sự bất khả thi của quá trình này c = 1,2 nói riêng và nói chung với bất kỳ > 1 nào cũng do S< 0.

Vì vậy, ở tốc độ dòng chảy cung cấp nhiệt tương đương của hai môi trường (đối với môi trường giống hệt nhau, điều này tương ứng với tốc độ dòng chảy bằng nhau), hệ số thu hồi xác định hiệu suất trao đổi theo nghĩa = 1 xác định trường hợp giới hạn của bảo toàn entropy. Định đề Clausius và nguyên lý entropy không giảm là tương đương trong trường hợp này.

Bây giờ hãy xem xét tốc độ dòng không khí không đồng đều để trao đổi nhiệt giữa không khí và không khí. Ví dụ, giả sử tốc độ dòng khối của không khí cung cấp là 2g và tốc độ dòng khí thải là g. Đối với sự thay đổi entropy ở tốc độ dòng chảy như vậy, chúng tôi thu được:

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

Với = 1 ở cùng nhiệt độ ban đầu T st = 273 K và T phòng = 293 K, sử dụng (3), ta thu được Tpr = 283 K, vì gpr / g min = 2. Khi đó từ định luật bảo toàn năng lượng (2) ta thu được giá trị T' = 273K. Nếu chúng ta thay thế các giá trị nhiệt độ này thành (6), thì để thay đổi hoàn toàn entropy, chúng ta thu được S = 0,00125сg > 0. Nghĩa là, ngay cả trong trường hợp thuận lợi nhất với = 1, quá trình trở nên dưới mức tối ưu về mặt nhiệt động, nó xảy ra với sự gia tăng entropy và do đó, trái ngược với trường hợp con có chi phí bằng nhau, nó luôn không thể đảo ngược.

Để ước tính quy mô của sự gia tăng này, chúng ta sẽ tìm hệ số thu hồi cho việc trao đổi các chi phí bằng nhau đã được xem xét ở trên, sao cho kết quả của việc trao đổi này là cùng một lượng entropy được tạo ra đối với các chi phí khác nhau theo hệ số 2 tại = 1. Nói cách khác, chúng ta sẽ đánh giá tính không tối ưu về mặt nhiệt động của việc trao đổi các chi phí khác nhau cho điều kiện lý tưởng. Trước hết, bản thân sự thay đổi entropy không nói lên nhiều điều; sẽ có nhiều thông tin hơn khi xem xét tỷ số S / E của sự thay đổi entropy với năng lượng được truyền bằng trao đổi nhiệt. Xét rằng trong ví dụ trên, khi entropy tăng S = 0,00125cg thì năng lượng truyền E = cg pr (T pr - T str) = 2c g 10K. Như vậy tỉ số S/E = 6,25 10 –5 K -1. Dễ dàng xác minh rằng hệ số thu hồi = 0,75026 dẫn đến “chất lượng” trao đổi như nhau ở các dòng bằng nhau... Thật vậy, ở cùng nhiệt độ ban đầu T st = 273 K và T phòng = 293 K và các dòng bằng nhau, hệ số này tương ứng với nhiệt độ T re = 288 K và T' = 278K. Sử dụng (5), chúng ta thu được sự thay đổi của entropy S = 0,000937сg và tính đến E = сg(T pr - T str) = сg 15К, chúng ta thu được S/E = 6,25 10 –5 К -1 . Vì vậy, về mặt chất lượng nhiệt động, truyền nhiệt ở = 1 và ở hai dòng chảy khác nhau tương ứng với truyền nhiệt ở = 0,75026... ở các dòng giống hệt nhau.

Một câu hỏi khác mà chúng ta có thể đặt ra là: nhiệt độ trao đổi giả định ở các tốc độ khác nhau sẽ là bao nhiêu để quá trình tưởng tượng này xảy ra mà không tăng entropy?

Với = 1,32 ở cùng nhiệt độ ban đầu T st = 273 K và T phòng = 293 K, sử dụng (3), ta thu được Tpr = 286,2 K và từ định luật bảo toàn năng lượng (2) T' = 266,6 K. Nếu chúng ta thay thế các giá trị này thành (6), thì để thay đổi hoàn toàn entropy, chúng ta thu được cg(2ln(286.2 / 273) + ln(266.6 / 293)) 0. Định luật bảo toàn năng lượng và định luật phi - Việc giảm entropy đối với các giá trị nhiệt độ này được thỏa mãn, tuy nhiên việc trao đổi là không thể do thực tế là T' = 266,6 K không thuộc phạm vi nhiệt độ ban đầu. Điều này sẽ vi phạm trực tiếp định đề của Clausius, truyền năng lượng từ môi trường lạnh hơn sang môi trường ấm hơn. Do đó, quá trình này là không thể, cũng như các quá trình khác là không thể, không chỉ với sự bảo toàn entropy, mà ngay cả với sự tăng của nó, khi nhiệt độ cuối cùng của bất kỳ môi trường nào vượt quá phạm vi nhiệt độ ban đầu (đường T, phòng T).

Ở tốc độ dòng cung cấp nhiệt tương đương không đồng đều của môi trường trao đổi, quá trình truyền nhiệt về cơ bản là không thể đảo ngược và xảy ra khi entropy của hệ thống tăng lên, ngay cả trong trường hợp truyền nhiệt hiệu quả nhất. Những lập luận này cũng có giá trị đối với hai môi trường có nhiệt dung khác nhau; điều quan trọng duy nhất là liệu nhiệt tương đương của các môi trường này có trùng nhau hay không.

Nghịch lý về chất lượng trao đổi nhiệt tối thiểu với tỷ lệ thu hồi 1/2

Trong đoạn này, chúng ta xem xét ba trường hợp trao đổi nhiệt với hệ số thu hồi lần lượt là 0, 1/2 và 1. Cho các dòng trao đổi nhiệt bằng nhau có công suất nhiệt bằng nhau với một số nhiệt độ ban đầu khác nhau T 1 0 và T 2 0 được truyền qua bộ trao đổi nhiệt. Với hệ số thu hồi là 1, hai môi trường chỉ cần trao đổi giá trị nhiệt độ và nhiệt độ cuối cùng phản ánh nhiệt độ ban đầu T 1 = T 2 0 và T 2 = T 1 0. Rõ ràng là entropy không thay đổi trong trường hợp này S = 0, vì ở lối ra có cùng môi trường có cùng nhiệt độ như ở lối vào. Với hệ số thu hồi là 1/2, nhiệt độ cuối cùng của cả hai môi trường sẽ bằng trung bình cộng của các nhiệt độ ban đầu: T 1 = T 2 = 1/2 (T 1 0 + T 2 0). Một quá trình cân bằng nhiệt độ không thuận nghịch sẽ xảy ra và điều này tương đương với sự gia tăng entropy S > 0. Ở hệ số thu hồi bằng 0, không có sự truyền nhiệt. Nghĩa là T 1 = T 1 0 và T 2 = T 2 0 và entropy của trạng thái cuối cùng sẽ không thay đổi, tương tự như trạng thái cuối cùng của hệ thống có hệ số phục hồi bằng 1. Giống như trạng thái c = 1 giống với trạng thái c = 0, cũng bằng cách tương tự, có thể chỉ ra rằng trạng thái = 0,9 giống với trạng thái c = 0,1, v.v. Trong trường hợp này, trạng thái c = 0,5 sẽ tương ứng với mức tăng entropy tối đa của tất cả các hệ số có thể. Rõ ràng, = 0,5 tương ứng với sự truyền nhiệt có chất lượng tối thiểu.

Tất nhiên điều này là không đúng sự thật. Việc giải thích nghịch lý này nên bắt đầu bằng thực tế rằng trao đổi nhiệt là trao đổi năng lượng. Nếu entropy do trao đổi nhiệt tăng lên một lượng nhất định thì chất lượng trao đổi nhiệt sẽ khác nhau tùy thuộc vào việc truyền nhiệt 1 J hay 10 J. Sẽ đúng hơn nếu coi không phải là sự thay đổi tuyệt đối của entropy S ( trên thực tế, nó được tạo ra trong bộ trao đổi nhiệt), nhưng tỷ lệ giữa entropy thay đổi và năng lượng E được truyền trong trường hợp này. Rõ ràng, đối với các tập hợp nhiệt độ khác nhau, các giá trị này có thể được tính bằng = 0,5. Việc tính tỷ lệ này cho = 0 sẽ khó khăn hơn vì đây là sai số có dạng 0/0. Tuy nhiên, có thể dễ dàng lấy phân phối lại của tỷ lệ này về 0, tức là về mặt thực tế có thể thu được bằng cách lấy tỷ lệ này ở các giá trị rất nhỏ, chẳng hạn như 0,0001. Trong Bảng 1 và 2, chúng tôi trình bày các giá trị này cho các điều kiện nhiệt độ ban đầu khác nhau.

Tại bất kỳ giá trị nào và đối với phạm vi nhiệt độ hàng ngày Phòng T và phòng T (chúng tôi sẽ giả sử rằng phòng T / T st x

S/E (1/Tst - 1/T phòng)(1 -). (7)

Thật vậy, nếu ta ký hiệu T phòng = T đường (1 + x), 0< x

Trên biểu đồ 1 chúng ta biểu diễn sự phụ thuộc này của nhiệt độ T st = 300K T phòng = 380K.

Đường cong này không phải là một đường thẳng được xác định bằng phép tính gần đúng (7), mặc dù nó đủ gần để không thể phân biệt được chúng trên biểu đồ. Công thức (7) cho thấy chất lượng truyền nhiệt tối thiểu chính xác ở mức = 0. Hãy thực hiện một ước tính khác về thang S / E. Trong ví dụ ở trên, chúng ta xem xét sự kết nối của hai bình chứa nhiệt với nhiệt độ T 1 và 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 chất lượng thấp trong số tất cả có thể. Không đưa ra kết luận, chúng tôi chỉ ra rằng chất lượng truyền nhiệt tối thiểu tương tự S / E = 1 / Т 1 0 –1 / Т 2 0 được thực hiện chính xác cho -> 0 và ở tỷ lệ tùy ý của tốc độ dòng chất làm mát.

THAY ĐỔI CHẤT LƯỢNG TRUYỀN NHIỆT Ở CÁC CHI PHÍ DÒNG NHIỆT KHÁC NHAU

Chúng ta sẽ giả sử rằng tốc độ dòng chất làm mát khác nhau theo hệ số n và quá trình trao đổi nhiệt xảy ra với tốc độ tối đa chất lượng có thể(= 1). Chất lượng trao đổi nhiệt với tốc độ dòng chảy bằng nhau sẽ tương ứng với chất lượng nào? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta hãy xem giá trị S/E ứng xử như thế nào tại = 1 đối với tỷ lệ khác nhau chi phí. Đối với chênh lệch luồng n = 2, sự tương ứng này đã được tính toán ở điểm 3: = 1 n=2 tương ứng với = 0,75026... cho cùng một luồng. Trong Bảng 3, đối với tập hợp nhiệt độ 300K và 350K, chúng tôi trình bày sự thay đổi tương đối về entropy ở tốc độ dòng chảy bằng nhau của chất làm mát có cùng công suất nhiệt đối với các giá trị khác nhau.

Trong Bảng 4, chúng tôi cũng trình bày sự thay đổi tương đối về entropy đối với các tỷ lệ dòng chảy khác nhau n chỉ ở hiệu suất truyền nhiệt tối đa có thể có (= 1) và hiệu suất tương ứng dẫn đến chất lượng như nhau đối với tốc độ dòng chảy bằng nhau.

Chúng ta hãy trình bày sự phụ thuộc kết quả (n) vào biểu đồ 2.

Với sự chênh lệch vô hạn về chi phí, nó có xu hướng đạt đến giới hạn cuối cùng là 0,46745... Có thể chứng minh rằng đây là một sự phụ thuộc phổ biến. Nó có giá trị ở bất kỳ nhiệt độ ban đầu nào đối với bất kỳ chất mang nào, nếu thay vì tỷ lệ chi phí, chúng tôi muốn nói đến tỷ lệ tương đương nhiệt. Nó cũng có thể được tính gần đúng bằng một hyperbol, được biểu thị bằng dòng 3 trên biểu đồ có màu xanh:

‘(n) 0,4675+ 0,5325/n. (số 8)

Đường màu đỏ biểu thị mối quan hệ chính xác (n):

Nếu chi phí không bằng nhau được thực hiện khi trao đổi với n>1 tùy ý, thì hiệu suất nhiệt động theo nghĩa sản xuất entropy tương đối sẽ giảm. Chúng tôi trình bày ước tính của nó từ phía trên mà không cần dẫn xuất:

Tỷ lệ này có xu hướng bình đẳng chính xác đối với n>1, gần bằng 0 hoặc 1 và đối với các giá trị trung gian không vượt quá sai số tuyệt đối vài phần trăm.

Phần cuối của bài viết sẽ được trình bày trên một trong những số tiếp theo của tạp chí “THẾ GIỚI KHÍ HẬU”. Sử dụng ví dụ về khối trao đổi nhiệt thực hãy tìm các giá trị hệ số thu hồi và cho thấy mức độ chúng được xác định bởi đặc tính của thiết bị và mức độ thu hồi theo tốc độ dòng chất làm mát.

VĂN HỌC

Pukhov A. không khí. Giải thích dữ liệu thực nghiệm. // Thế giới khí hậu. 2013. Số 80. Trang 110.
Pukhov A. B. Công suất của màn nhiệt ở tốc độ dòng chất làm mát tùy ý và không khí. Bất biến của quá trình truyền nhiệt. // Thế giới khí hậu. 2014. Số 83. Trang 202.
Trường hợp WM, London A. L. Bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn. . M.: Năng lượng, 1967. Trang 23.
Wang H. Công thức và dữ liệu cơ bản về truyền nhiệt cho kỹ sư. . M.: Atomizdat, 1979. Trang 138.
Kadomtsev B. B. Động lực học và thông tin // Những tiến bộ trong khoa học vật lý. T. 164. 1994. Số. 5, tháng 5. P. 453.

Pukhov Alexey Vyacheslavovich,
Giám đốc kĩ thuật
Công ty Tropic Line