VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Под рекуперацией понимают сохранение теплоты. Выходящий поток воздуха изменяет температуру (нагревает, охлаждает) подаваемого воздуха приточно-вытяжной установкой.

Конструкция полагает разделение воздушных потоков для предотвращения их смешивания. Однако при использовании роторного теплообменника не исключается вероятность попадания отводимого воздушного потока в поступающий.

Сам по себе «Рекуператор воздуха» представляет собой устройство, обеспечивающее утилизацию тепла отводимых газов. Сквозь разделяющую стенку между теплоносителями производится теплообмен, при этом направление движения воздушных масс остается неизменным.

Важнейшая характеристика рекуператора определяется эффективностью рекуперации или КПД. Его расчет определяется из отношения максимально возможного получения тепла и фактически полученного тепла за теплообменником.

Коэффициент полезного действия рекуператоров может колебаться в широком диапазоне – от 36 до 95% [1]. Этот показатель определяется видом используемого рекуператора, скоростью движения воздушного потока сквозь теплообменник и разницей температур отводимого и поступающего воздуха.

Известно 5 основных видов рекуператоров воздуха:

• Пластинчатый;

• Роторный;

• С промежуточным теплоносителем;

• Камерный;

• Тепловые трубки.

Рассмотрим экономическую эффективность использования рекуператора на примере использования пластинчатого рекуператора в приточно-вытяжной системе АБК машиностроительного завода.

Расчет эффективности рекуператора

Расчет эффективности работы рекуператора производится по температуре или по энтальпии воздуха. Расчет по температуре учитывает явное теплосодержание воздуха, а по энтальпии – учитывается к тому же и влагосодержание воздуха. Расчет по энтальпии является более точным. Для расчета необходимо замерить температуру и влажность воздуха в трех точках: в помещении, на улице и в сечении приточного воздухораспределителя. Далее приведена формула для расчета эффективности рекуперации по температуре [2]:

(1)

Где: K_t– коэффициент эффективности рекуператора по температуре;

T₁ – температура наружного воздуха, ^oC;

T₂ – температура вытяжного воздуха, ^оС;

T₄ – температура приточного воздуха, ^оС.

Энтальпию определяют с помощью i-d диаграммы состояния влажного воздуха, нанеся на нее точки, соответствующие замеренной температуре и влажности в помещении, на улице и приточного воздуха. Расчет эффективности рекуперации по энтальпии выполняется по формуле [2]:

(2)

Где: K_h – коэффициент эффективности рекуператора по энтальпии;

H₁ – энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;

H₂ –энтальпия вытяжного воздуха, кДж/кг;

H₄ – энтальпия приточного воздуха, кДж/кг.

Экономическая целесообразность применения приточно-вытяжных установок с рекуперацией

В качестве примера возьмем технико-экономическое обоснование применения вентиляционных установок с рекуперацией в системах приточно-вытяжной вентиляции помещений АБК автомобилестроительного завода.

Исходные данные:

• объект – административно-бытовые помещения машиностроительного завода общей площадью 400 м²;

• высота помещений 3 м;

• для приточно-вытяжной вентиляции помещений выбираем вентиляционные установки канального типа: первая установка с расходом воздуха 900 м³/час и потребляемой мощностью 0,25 кВт и вторая установка с расходом воздуха 1500 м³/час и потребляемой мощностью 0,75 кВт [3].

• Производитель канальных вентиляторов выбранной марки гарантирует рабочий диапазон наружных температур воздуха (-40…+40) ^оС [3].

Для сравнения энергопотребления произведем расчет мощности канального электрического воздухонагревателя, которая необходима для подогрева наружного воздуха в холодное время года в приточной установке, состоящей из обратного клапана, канального фильтра, вентилятора и электрического воздухонагревателя, с расходами воздуха 900 и 1500 м³/час соответственно. Стоимость электроэнергии принимаем 7 рублей за 1 кВт·час.

Наружный воздух необходимо нагреть от -31 до +20 ^оС.

Расчет мощности электрического воздухонагревателя производится по уравнению теплового баланса:

(3)

где: – мощность воздухонагревателя, Вт;

- массовый расход воздуха через воздухонагреватель, кг/сек;

– удельная изобарная теплоемкость воздуха. = 1000 кДж/кг·К;

– разность температур воздуха на выходе из воздухонагревателя и входе.

1. 900 / 3600 = 0,25 м³/сек

 = 1, 2 кг/м³ – плотность воздуха.

G = 0, 25·1, 2 = 0,3 кг/сек

1. 1500 / 3600 = 0, 417 м³/сек

G = 0, 417·1, 2 = 0, 5 кг/ сек

Производитель канального пластинчатого рекуператора выбранной марки гарантирует КПД 50% при скорости движения воздуха через рекуператор 4 м/с. Таким образом в случае применения рекуператора тепла в холодное время года совместно с воздухонагревателем, можно снизить (при подборе оборудования) мощность второго на 50%. Для первого случая мощность составит 7,65 кВт. Для второго – 12,75 кВт.

Кроме этого, применение установок с рекуперацией позволяет уменьшить финансовые затраты на отопление помещений в холодное время года и на их кондиционирование в теплое время примерно в 2 раза.

Произведем сравнительный анализ энергопотребления систем приточно-вытяжной вентиляции помещений АБК машиностроительного завода, укомплектованных установками с рекуперацией тепла канального типа совместно с электрическим воздухонагревателем и традиционных установок с электрическими воздухонагревателями. Выразим в денежном эквиваленте

Исходные данные:

Случай 1.

Установки с рекуперацией тепла расходом воздуха 900 м³/час.

Суммарная электрическая потребляемая мощность составит:

вентиляторы – 2·0,25 = 0,5 кВт·час;

приводы клапанов и автоматика – 0,1кВт·час;

электрический воздухонагреватель – 7,5 кВт·час;

Итого: 0,25·2 + 7,5+0,1 = 8,1 кВт·час.

Установки без рекуперации тепла расходом воздуха 900 м³/час.

вентиляторы – 2·0,25 = 0,5 кВт·час;

приводы клапанов и автоматика – 0,1кВт·час;

электрический воздухонагреватель – 15 кВт·час;

Итого: 0,25·2 + 15+0,1 = 15,6 кВт·час.

Случай 2.

Установки с рекуперацией тепла расходом воздуха 1500 м³/час.

Суммарная электрическая мощность установки на 1500 м³/час составит:

вентиляторы – 2·0,75 = 1,5 кВт·час;

приводы клапанов и автоматика – 0,1 кВт·час;

электрический воздухонагреватель – 12 кВт·час;

Итого: 0,75·2 + 12+0,1 = 13,6 кВт·час.

Суммарная электрическая мощность установки на 1500м³/час без рекуператора тепла составит:

вентиляторы – 2·0,75 = 1,5 кВт·час;

приводы клапанов и автоматика – 0,1 кВт·час;

электрический воздухонагреватель – 22,5 кВт·час;

Итого: 0,75·2 + 22,5+0,1 = 24,1 кВт·час.

Примем период использования нагрева воздуха в системах вентиляции 143 рабочих дня в год по 9 часов. Получаем 143·9 =1287 часов.

Суммарное потребление энергии установками с рекуперацией в первом и втором случаях соответственно составит: 8,1·1287 = 10424,7 кВт и 13,6·1287 = 17503,2 кВт

Затраты на эксплуатацию составят: 7·10424,7 кВт = 72972,9 руб. и 7·17503,2=122522,4 руб.

Суммарное потребление энергии установками систем 1 и 2 соответственно без рекуператора тепла составят: 15·1287 = 19305 кВт и 25·1287 = 32175 кВт

Затраты на эксплуатацию составят: 7·19305 = 135135 руб. и 7·32175 = 225222 руб.

Вывод:

Таким образом, в холодное время года эксплуатация установок, оснащенных электрическим воздухонагревателем совместно с рекуператором тепла (при соотношении расхода приточного и вытяжного воздуха 1:1) обходится дешевле эксплуатации традиционных вентиляционных установок практически в 2 раза.

Список использованной литературы

1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е стереотип. М., "Энергия", 1977

2. Комина, Г. П., Яковлев, В. А. Энергосбережение и экономия энергоресурсов в системах ТГС: учеб. пособие по выполнению курсовой работы для студентов специальности 270109 – теплогазоснабжение и вентиляция / Г. П. Комина, В. А. Яковлев; СПб. государственный архитектурно-строительный университет. – СПб., 2009. – 133 с.

3. VERTRO - Российский производитель оборудования для вентиляции и кондиционирования. Каталог оборудования, 2015.

Код для цитирования: Скопировать