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. Наибольший потенциал решения данного вопроса имеет в инженерных системах ЖКХ. Данную систему, для анализа теплоэнергетических потерь, следует разбить на три составляющие:

1) участок производства тепловой энергии (котельная);

2) участок перемещения тепловой энергии к потребителю (магистрали тепловых сетей);

3) 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. 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]

КПД? [%], показывает, сколько процентов, от разности теплосодержаний вытяжного и наружного воздуха, используется в процессе рекуперации тепла.

(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, tнтемпература 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 — 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

Анализ теплотехнических свойств рекуператора, показал, что его применение приводит к энергосбережению более чем в два раза, а с увеличением температуры наружного воздуха, этот показатель увеличивается. Для дальнейшего совершенствования энергетической эффективности теплообменного устройства, необходимо исследовать применение такого материала, в пластине рекуператора, который обеспечит наибольший коэффициент теплопередачи, и как следствие увеличит интенсивность теплообмена[5].

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)

2. Кущев Л. А., Дронова Г. Л. Пути снижения энергозатрат в жилищно-коммунальном хозяйстве // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008 г. № 2.

3. 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.

5. Фокин В. М., Бойков Г. П., Видин Ю. В. Основы энергосбережения в вопросах теплообмена. М.: Изд. Машиностроение-1, 2005. 192 с.

.ur