Рекуперация тепла

Рекуперация тепла
Рекуперация тепловой энергии и тепловой насос
Рекуперация (от лат. recuperatio - обратное получение, возвращение), возвращение
части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного
технологического процесса, для повторного использования в том же процессе. Плюсом
рекуперации является экономия энергии, и как следствие, экономия средств на
эксплуатацию системы вентиляции. Иногда, когда имеется ограничение в возможном
объеме потребляемой энергии и установить мощную обогревательную систему
невозможно, использование рекуператора является хорошим решением задачи.
Минусом является необходимые дополнительные первоначальные вложения на
установку рекуператора.
Что такое рекуперация тепла?
Рекуперация тепла или обратное получение тепла - это процесс теплообмена, при
котором тепло забирается от вытягиваемого выбрасываемого воздуха и передается
свежему нагнетаемому воздуху, который нагревается. Процесс проходит в
рекуперационном теплообменнике таким образом, что выбрасываемый и свежий воздух
абсолютно отделены друг от друга, чтобы не произошло их смешивание. В охлаждаемых
помещениях можно использовать рекуперационные теплообменники также обратным
способом, то есть для рекуперации холода. При этом подводимому воздуху передается
холод от отводимого воздуха. Важной характеристикой рекуператоров является
Коэффициент эффективности рекуперации.
Коэффициент эффективности рекуперации тепла выражает отношение между
максимально возможным полученным теплом и теплом, полученным в действительности.
Теоретически эффективность может меняться в пределах от 30 до 90 %. Эта
характеристика зависит от стоимости, производителя и типа
рекуператора
.
Что такое рекуператор?
1/5
Рекуперация тепла
Рекуператор – устройство, выполняющее функцию энергосбережения. Тепло
вытяжного воздуха передается холодному приточному. Это позволяет достигнуть
существенной экономии на обогреве.
При проектировании системы приточно-вытяжной вентиляции каждый заказчик рано
или поздно задается вопросом, можно ли как-то сэкономить то тепло, которое улетает
зимой на улицу с вытяжным воздухом? Забирая с улицы свежий воздух для притока
системы вентиляции в холодное время года его необходимо обязательно подогревать.
Подготовленный воздух попадает в помещения и затем забирается оттуда вытяжкой. В
классической приточно-вытяжной системе вентиляции все именно так и происходит. Что
же можно сделать, чтобы не выбрасывать дорогое тепло "в трубу"?
Можно использовать тепло вытяжного воздуха для подогрева приточного. Этот процесс
называется утилизацией тепла или рекуперацией.
Рекуператоры бывают нескольких типов.
Виды рекуператоров
1. Пластинчатые рекуператоры
Удаляемый и приточный воздух проходят с обеих сторон целого ряда пластин. В
пластинчатых рекуператорах на пластинах может образовываться некоторое
количество конденсата, потому они оборудованы отводами для конденсата.
Конденсатосборники имеют водяной затвор, не позволяющий вентилятору захватывать
и подавать воду в канал. Из-за выпадения конденсата существует серьезный риск
образования льда в холодное время года. Пластинчатые рекуператоры характеризуется
высокой эффективностью (50-80%), являются самыми распространенными и
относительно дешевыми, широко используются на малых предприятиях, и в небольших
зданиях, коттеджах, магазинах.
2. Роторные рекуператоры
2/5
Рекуперация тепла
Тепло передается вращающимся между удаляемым и приточным каналами ротором. Это
открытая система, и потому здесь велик риск того, что грязь и запахи могут
перемещаться из удаляемого воздуха в приточный, однако, некоторые производители
утверждают, что в их рекуператорах исключено смешивание. Уровень рекуперации
тепла может регулироваться скоростью вращения ротора. Обладают самой высокой
эффективностью (75-90%), и соответственно ценой. Преимущественно используются на
крупных промышленных предприятиях, цехах, в больших зданиях.
3. Рекуператоры с промежуточным теплоносителем
Вода или водно-гликолевый раствор, циркулирует между двух теплообменников, один из
которых расположен в вытяжном канале, а другой в приточном. Теплоноситель
нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху.
Теплоноситель циркулирует в замкнутой системе и отсутствует риск передачи
загрязнений из удаляемого воздуха в приточный. Передача тепла может
регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя.
4. Камерные рекуператоры
Камера разделяется на две части заслонкой. Удаляемый воздух нагревает одну часть
камеры, затем заслонка изменяет направление воздушного потока таким образом, что
приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. Загрязнение и запахи могут
передаваться из удаляемого воздуха в приточный. Характеризуется высокой
эффективностью (70-80%).
5. Тепловые трубы
Данный рекуператор состоит из закрытой системы трубок, заполненных фреоном,
который испаряется при нагревании удаляемым воздухом. Когда приточный воздух
проходит вдоль трубок, пар конденсируется и вновь превращается в жидкость. Имеет
низкую эффективность (50-70%). Различные типы рекуператоров позволяют экономить
от 45 до 90% тепла, удаляемого из помещения с вытяжным воздухом.
3/5
Рекуперация тепла
Система с термодинамической рекуперацией (совмещение теплового насоса с
рекуператором) использует холодильный контур с прямым расширением, установленный
в вытяжную и приточную часть кондиционера, для передачи тепла от вытяжного
воздуха к приточному и наоборот. Тепловые насосы представляют собой традиционный
холодильный контур с компрессором, расширительным клапаном, а также испарителем и
конденсатором, расположенными отдельно в приточном и вытяжном воздуховодах.
Отличительной особенностью является наличие 4-ходового перепускного клапана,
обеспечивающего реверсирование движения теплоносителя, что позволяет в
зависимости от сезона осуществлять перенос тепла с вытяжки на приток и наоборот.
При этом приточный и вытяжной воздуховоды могут быть разнесены между собой в
пределах допустимой длины холодильного контура. Перетекание загрязненного воздуха
из вытяжки в приток полностью исключено, поскольку они изолированы между собой
через промежуточный теплоноситель. Производительность теплого насоса зависит от
расхода воздуха и температуры его на входе в испаритель и конденсатор. Чем выше
расход воздуха и температура его на входе в испаритель, тем выше производительность
теплового насоса. Снижение температуры воздуха на входе в конденсатор приводит
также к увеличению производительности при пониженном энергопотреблении. Реально
достижимые значения коэффициента полезного действия (Coefficient of Performance,
COP) составляют порядка 4,5–6,5. Указанное означает, что на единицу затрачиваемой
электрической энергии осуществляется транспортировка 4–6 единиц тепловой энергии.
В целом наибольшая экономия за счет использования тепловых насосов достигается при
наличии на вытяжке большого количества скрытого тепла. Термодинамическая
рекуперация позволяет значительно повысить энергетическую эффективность системы
кондиционирования. Температура воздуха, подаваемого в помещение, оказывается
гораздо ближе к заданной для этого помещения температуре. Хладагент под высоким
давлением через капиллярное отверстие попадает в испаритель, где за счёт резкого
уменьшения давления происходит процесс испарения. При этом хладагент отбирает
тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отнимает тепло у
земляного или водяного контура, за счёт чего он постоянно охлаждается. Компрессор
вбирает хладагент из испарителя, сжимает его, за счёт чего температура хладагента
резко повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме этого, в конденсаторе, нагретый
в результате сжатия хладагент отдает тепло (температура порядка 85-125 градусов
Цельсия) отопительному контуру и переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется
постоянно. Когда температура в доме достигает необходимого уровня, электрическая
цепь разрывается терморегулятором и тепловой насос перестает работать. Когда
температура в отопительном контуре падает, терморегулятор вновь запускает тепловой
насос. Таким образом, хладагент в тепловом насосе совершает обратный цикл Карно.
Типы: - "воздух-воздух"; - "воздух-вода".
4/5
Рекуперация тепла
С - компрессор;
VQ - четырехходовой клапан;
BT - теплообменник в вытяжной линии (испаритель);
BR - теплообменник в подающей линии (конденсатор).
В летний период холодильный контур работает в режиме охлаждения. Воздух,
подаваемый в помещение с улицы, охлаждается в испарителе BR. Тепло сбрасывается в
конденсатор BT, установленный в вытяжной линии. В холодное время года контур
переводится в режим теплового насоса, и с помощью четырехходового клапана VQ
парообразный фреон направляется в теплообменник BR, исполняющий роль
конденсатора. Воздух, забираемый с улицы, нагревается за счет тепла, выделяемого
при конденсации фреона, и подается в помещение. Теплообменник BT является
испарителем. Необходимость работы холодильного рекуперационного контура в
широком диапазоне температур и режимов накладывает ограничения на выбор
размеров и возможностей холодильного контура. В первую очередь это относится к
размеру теплообменника в линии притока BR, который в режиме теплового насоса
должен обеспечить минимальную температуру конденсации.
В «классической» схеме холодильного контура, как известно, применяется
регулирование скорости вращения вентилятора, что, естественно, невозможно в нашем
случае.
Существует также вариант с использованием водяного контура. Вода подается в
тепловой насос, установленный внутри помещения в подвесном исполнении. В установку
встроен независимый фреоновый контур, который отбирает тепло или холод от воды и
передает энергию воздуху. Можно сказать, принцип, как у канального кондиционера,
но, за счет отсутствия наружного блока, который тут не воздушного, а водяного
охлаждения, система круглогодичная. Воду возможно подавать от грунтового,
скважинного теплообменников или с открытых водоемов. Отсутствие перетекания
воздуха между притоком и вытяжкой позволяет использовать эту схему и для «чистых»
помещений. Возможна организация круглогодичной работы систем отопления,
вентиляции, кондиционирования на базе агрегата для каждого помещения.
.
5/5