Годовой тепловой режим работы пластинчатого рекуператора
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.
Шухова
ГОДОВОЙ
ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ПЛАСТИНЧАТОГО РЕКУПЕРАТОРА
Мащенко
А.Я
Научный
руководитель
канд.
техн. наук, Феоктистов А.Ю
Энергоресурсосбережение является одной из важнейших
задач России в XXI веке. От результатов решения этой проблемы зависит место
нашего общества в ряду развитых в экономическом отношении стран и уровень жизни
граждан [1]. Наибольший потенциал решения данного вопроса имеет в инженерных
системах ЖКХ. Данную систему, для анализа теплоэнергетических потерь, следует
разбить на три составляющие:
) участок производства тепловой энергии
(котельная);
) участок перемещения тепловой энергии к
потребителю (магистрали тепловых сетей);
) участок непосредственного потребления тепловой
энергии (отапливаемое помещение);
Более подробно разберем третий случай. Так как в
местах потребления тепла (в частности использование его, для обогрева воздуха
внутри помещения), происходит не рациональная, с точки зрения энергосбережения,
растрата уже использованного тепла, а именно выброс нагретого воздуха в
атмосферу [2]. Для утилизации теплоты вытяжного воздуха в настоящее время
применяют рекуператоры тепла. Данное устройство имеет различные конструкции.
Наиболее распространенные конструкции рекуператоров тепла: пластинчатый и
роторный. В последнем теплообмен происходит с незначительным (до 5…7 %)
перетоком удаляемого и приточного воздуха. Пластинчатые рекуператоры исключают
перетекание воздуха, не имеют подвижных или трущихся деталей, что позволяет
проводить не частое обслуживание, и самое главное не требуют потребления
электроэнергии.
Рассмотрим процесс обработки наружного воздуха в
приточной камере с пластинчатым рекуператором (рис. 1). Благодаря разряжению в
приточном канале, создаваемым вентилятором 6, наружный воздух, через клапан 1,
попадает в фильтр 2, после чего, воздух, очищенный от грубых механических
примесей, попадает в рекуператор 8. Для первоначального подогрева приточного
воздуха, используется тепловая энергия вытяжного воздуха, который, под
разряжением, в вытяжном канале, создаваемым вентилятором 9, проходит через
вентиляционную решетку 4, фильтр 3, и поступает в теплообменный агрегат 8.
Затем, вторично использованный вытяжной воздух, выбрасывается в атмосферу,
проходя клапан 10. Далее, уже частично нагретый наружный воздух, догревается во
втором подогревателе (калорифере), до расчетной температуры, после чего,
попадает в помещение через вентиляционную решетку 5.
Рис. 1. Принципиальная схема работы
рекуператора
Произведем подбор рекуператора для
помещения с параметрами приточного воздуха tп=20оС,
вытяжного tв=22оС,
находящегося в г. Белгород с температурой наружного воздуха tн=-23оС.
Используя предложенную методику
подбора [2], и задаваясь начальными условиями (расход воздуха Q=2000 м3/ч),
по графику (рис. 2) выбираем, рекуператор 70-40, который обеспечит скорость
прохождения воздуха 2 м/с.
Рис.2. График подбора габаритного
размера рекуператора [3]
Затем, зная скорость воздуха,
находим КПД=54,5% (рис.3)
Рис. 3. График КПД рекуператора, в
зависимости от скорости движения воздуха в нем. [3]
(1.1)
Вопрос в том, что данный КПД
рассчитан на максимально низкую температуру наружного воздуха, что обеспечивает
наиболее интенсивный теплообмен:
(1.2)
где К-коэффициент теплопередачи
пластины теплообменника, 
;
F-площадь
поверхности теплообмена, м2;
tв, tн-
температура вытяжного и наружного воздуха соответственно.
Из формулы (1.2) видно, что с
увеличением температуры наружного воздуха, уменьшается передача тепла через
пластину теплообменника, и как следствие снижается КПД рекуператора.
Проверим, как изменяется процесс
теплопередачи в рекуператоре, и во втором подогревателе (калорифере), в
зависимости от изменения температуры наружного воздуха.
Зная КПД, можно вычислить, на какую
величину подогреется воздух в рекуператоре, тем самым узнать, сколько энергии
[Вт] затрачено в процессе теплообмена, в зависимости изменения температуры
наружного воздуха, учитывая плотность воздуха.
Рис. 4. График потребления тепла в
рекуператоре
Из рис. 4 видно, что с увеличением
температуры наружного воздуха, процесс теплопередачи становится менее интенсивным,
то есть разность между нагретым и нагреваемым воздухом уменьшается (рис. 5).
Рис.5 График зависимости температур
приточного воздуха в рекуператоре, от наружного
Следовательно, уменьшение
потребления энергии в калорифере представляется следующими зависимостями (рис.
6).
Рис. 6. Графики потребления тепла в
калорифере
Из выше сказанного, следует вывод,
что при перемене температуры наружного воздуха, ухудшается процесс теплопередачи
тепла, но при этом, снижается потребление энергии для догревания приточного
воздуха в калорифере. Преимущества использования рекуператора можно увидеть из
рис. 6 (красная линия). Для представления экономической целесообразности
использования теплообменного агрегата, построим график зависимости доли
возвращаемого тепла от температуры наружного воздуха аналогично графику в [4] -
рис. 4, так например при отсутствии рекуператора, затраты энергии при
максимально низкой температуре tн=-23оС, увеличиваются на 60,9%.
Рис. 7. График экономии тепловой
энергии при использовании рекуператора
рекуператор приточный воздух теплообменник
Библиографический список
1.
Информационно аналитический журнал “энерго-info” [Электронный ресурс]. Систем.
требования: Internet Explorer. сайт: <http://www.energo-info.ru/> (дата
обращения: 16.04.15)
.
Кущев Л.А., Дронова Г.Л. Пути снижения энергозатрат в жилищно-коммунальном
хозяйстве // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008г. №2.
.
Мащенко А.Я., Феоктистов А.Ю. К вопросу об оценке энергосберегательного
потенциала при рекуперации теплоты вытяжного воздуха // международный
студенческий научный вестник 2015. № 3. С. 97 99.
.
Фокин В.М., Бойков Г.П., Видин Ю.В. Основы энергосбережения в вопросах
теплообмена. М.: Изд. Машиностроение-1, 2005. 192 с.