Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Утилизация вторичных энергоресурсов в системах ТГВ. Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов. Учебно-методическое пособие.pdf
тепло, но и влагу. Для их изготовления применяется бумага, пропитанная
специальным составом, или полимерная мембрана, пропускающая влагу
на молекулярном уровне. Такие теплообменники более эффективны, но имеют
меньшую механическую прочность, и поэтому их обмерзание в процессе
эксплуатации недопустимо.
1.4.4 Рекуперативный теплоутилизатор РТ
Рекуперативный теплоутилизатор РТ предназначен для утилизации
низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов, особенно
целесообразно его использование в вытяжных системах с агрессивными и
вредными выбросами.
В рамках корпуса установлен блок теплообмена, состоящий из щелевых
каналов, заполненных гибкими пластинами из полиэтиленовой пленки (иногда
алюминия или стекла), натянутых с провисанием на дистанционные элементы.
Образованные пленкой щелевые каналы для прохода приточного воздуха
чередуются с такими же каналами для прохода воздуха удаляемого. В
результате провисания пленки теплообмен активизируется через ее колебания.
В теплообменнике возможно орошение воздуха через дистанционные
элементы.
Номинальная производительность РТ составляет 2000 м
3
/ч. Коэффициент
эффективности- 60%.
1.4.5 Рекуператор для энергосберегающей приточно вытяжной
вентиляции жилых комнат и других помещений - Теплая Форточка (ТеФо)
Воздухотеплообменник ТеФо представляет собой высокоэффективный
децентрализованный рекуператор тепла вентиляционного воздуха
(теплоутилизатор). Необходимость в таком устройстве возникла в связи с
широким применением в последние годы современных энергосберегающих
окон со стеклопакетами. Эти окна, созданные ради энергосбережения и
31
получившие на сегодня повсеместное и массовое распространение, к
сожалению, имеют очень неприятный, точнее говоря, опасный и для здоровья
людей, и для сохранности зданий недостаток – они исключают вентиляцию за
счет инфильтрации. Это ведет к нарушению санитарных норм обмена воздуха в
помещениях. В результате в воздухе помещения снижается содержание
кислорода, а содержание углекислого газа и радона, наоборот, повышается.
Одновременно растет влажность.
Попытки решить проблему путем приоткрывания окон или путем
встраивания в раму окон щелевых проветривателей лишают окна их основного
преимущества – энергосбережения, т.к. открывают непосредственный доступ
наружному воздуху в помещение. Рекуператор тепла ТеФо решает
вышеобозначенную проблему наиболее эффективным образом – он
обеспечивает необходимое проветривание помещений, но при условии
сохранения энергосберегающего эффекта современных окон. В рекуператоре
ТеФо поток воздуха, принудительно удаляемый из помещения встроенным в
рекуператор вентилятором, отдает свое тепло зимой, а холод летом потоку
свежего воздуха, также принудительно подаваемому в помещение другим
встроенным вентилятором. При этом потоки движутся строго в
противоположных направлениях. Эта особенность позволяет добиться
исключительно высоких объективных показателей энергосбережения и
энергоэффективности.
В частности:
- показатель энергосбережения, полученный в ходе испытаний, составил более
70%, что уже сопоставимо с таким показателем для регенеративных, а не
рекуперативных утилизаторов тепла и что превышает лучшие зарубежные
показатели аналогов;
- показатель энергоэффективности (отношение поданной потребителю
тепловой энергии к энергии, затраченной на эти цели) существенно превышает
наилучшие показатели даже для таких общепризнанных лидеров
энергоэффективной техники, как тепловые насосы. Так, степень
32
энергоэффективности ТеФо находится в среднем на уровне 8-10, в то время как
для тепловых насосов это значение находится на уровне 4-5.
Применение ТеФо позволит:
- обеспечить энергосбережение при вентилировании помещений;
- получить нормированный, в соответствии с санитарно-гигиеническим
нормами, воздухообмен в помещении;
- достичь возможности индивидуального управления интенсивностью воздухообмена по помещениям;
- сохранить тепловой комфорт при вентилировании помещений;
- добиться снижения стоимости отопительной системы на 35-45%;
- сократить расходы энергии на поддержание необходимой температуры в
помещении в 1,5-1,8 раза.
Конструктивно ТеФо (рисунок 1.8) представляет собой
высокоээфективный, легкий и компактный теплообменный аппарат. ТеФо
содержит пучок труб из “пищевой” нержавеющей стали, установленный в
корпусе с патрубками, в которых размещены два вентилятора. Один вентилятор
обеспечивает движение приточного воздуха по трубной полости пучка труб,
другой обеспечивает движение вытяжного воздуха по межтрубной полости
пучка. В процессе движения двух потоков воздуха происходит их теплообмен
через стенки труб пучка. В результате наружный воздух попадает в помещение
частично нагретый (а летом наоборот – частично охлажденный) за счет тепла (а
летом – холода), отобранного от потока удаляемого из помещения воздуха.
Рисунок 1.8 - Рекуператоры тепла ТеФо
33
1.4.6 Принципиальные схемы вентиляции с утилизацией теплоты в
рекуператорах
Утилизация теплоты вентиляционных выбросов может осуществляться
следующими способами:
- рециркуляцией части вытяжного воздуха;
- применением рекуперативных теплообменников-утилизаторов;
- применением регенеративных теплообменников-утилизаторов;
- применением двух рекуперативных теплообменников, использующих
промежуточный теплоноситель;
- применением теплопередающих труб.
Принципиальная схема применения рекуперативных теплообменниковутилизаторов теплоты вытяжного воздуха в системах вентиляции показана на
рисунке 1.9. Приточный воздух, проходя через теплообменник-утилизатор,
нагревается (или охлаждается) потоком уходящего воздуха. Эффективность
теплообмена в таких устройствах достигает 75%.
1 - корпус; 2 - перегородка; 3 - теплообменник-утилизатор;
4 - приточный вентилятор; 5 - вытяжной вентилятор;
6 - дренаж конденсата; 7, 8 – фильтры
Рисунок 1.9 - Принципиальная схема приточно-вытяжной вентиляции с
пластинчатым теплообменником – утилизатором
34
Схема системы вентиляции, в которой применяются два теплообменника,
связанных промежуточным контуром с циркулирующим теплоносителем,
приведена на рисунке 1.10.
1 - теплообменник; 2 - циркуляционный насос;
3 - калорифер; 4 - приточный вентилятор;
5 - обслуживаемое помещение; 6 - вытяжной вентилятор
Рисунок 1.10 - Принципиальная схема системы вентиляции
с теплообменниками-утилизаторами
1.4.7 Решения по предотвращению обмерзания рекуперативных
теплообменников
Проблема образования конденсата и обмерзания каналов теплообменника
значительно усложняет эксплуатацию приточно-вытяжных систем вентиляции
с рекуператорами. Тем не менее, существует ряд решений, обеспечивающих
работу рекуперационной установки при низких температурах: временное
отключение вентиляции по датчику температуры входящего воздуха,
циклическое включение режима осушения рекуператора по таймеру,
35
включение режима оттаивания по датчику перепада давления. В основе этих
решений — возможность встроенной автоматики значительно снизить или
полностью приостановить подачу приточного воздуха в помещения на время
осушения и оттаивания рекуператора. В отсутствие холодного притока теплый
вытяжной воздух может быстро прогреть, освободить от инея и осушить
поверхность рекуператора, после чего тот снова будет готов к работе.
Учитывая, что при относительно низких температурах наружного воздуха
процесс намерзания инея на рекуператоре может продолжаться до 9 часов,
а оттаивание занимает ориентировочно 10…20 минут, такие алгоритмы работы
автоматики вполне допустимы. Широкое применение современных ЕСвентиляторов с плавным регулированием скорости вращения позволило
производителям оптимизировать расход приточного и вытяжного воздуха для
циклов оттаивания. Кроме того, использование противоточных рекуперативных
теплообменников и теплообменников с влагопередающей мембраной делает
оборудование более устойчивым к образованию инея. В то же время при
снижении или прекращении подачи приточного воздуха существенно
нарушается воздушный баланс в обслуживаемых помещениях. В режиме
оттаивания воздух, необходимый для компенсации оттока через вытяжку, будет
подсасываться из соседних помещений и с улицы, через щели в окнах и дверях,
а также через вытяжные каналы естественной вентиляции, что приведет
к временному нарушению комфортного режима.
При температуре наружного воздуха —10
о
С и ниже скорость обмерзания
значительно возрастает, и «компромиссные» режимы работы могут оказаться
неспособны удовлетворить требования комфорта, особенно на объектах,
расположенных в суровых климатических условиях. Когда среднемесячная
температура наружного воздуха находится ниже установленных
производителем рабочих диапазонов на протяжении 3…5
месяцев, «компромиссный» режим эксплуатации оборудования становится
основным. В этом случае стандартную рекуперационную установку
(рисунок 1.11) рекомендуется дооснастить дополнительным оборудованием,
36
установив запорный клапан на входе свежего воздуха, клапан на выходе
вытяжного воздуха, предварительный нагреватель с защитным фильтром
и дополнительный нагреватель (рисунок 1.12).
Рисунок 1.11 - Приточно-вытяжная установка с рекуперацией тепла
Рисунок 1.12 - Дополнительное оборудование для приточно-вытяжной
установки с рекуператором
37
Дополнительный нагреватель располагается после рекуператора
и обеспечивает подогрев приточного воздуха до температуры воздуха
в помещении. Использование дополнительного нагревателя рекомендуется
производителями приточно-вытяжных рекуперационных систем. Система
автоматики многих моделей предусматривает его простое подключение
и управление им.
Предварительный нагреватель обеспечивает подогрев свежего воздуха
перед рекуператором до минимально допустимой температуры, указанной
производителем вентиляционной установки, или до температуры, при которой
установка начинает работать с использованием «компромиссных» режимов —
обычно от -15 до -5
о
С. Для небольших приточно-вытяжных систем
целесообразно применять электрический нагреватель. При значительных
расходах воздуха и наличии газового котла нагреватель может быть водяным,
с применением незамерзающей жидкости.
1.4.8 Оборудование систем утилизации с промежуточным
теплоносителем на базе рекуперативных теплообменников
В качестве теплообменников в системах утилизации тепла с
промежуточным теплоносителем, могут применяться серийно выпускаемые
калориферы, пластинчатые КВС, КВБ, биметаллические калориферы с
накатным оребрением КСК, воздухонагреватели центральных кондиционеров.
Для создания циркуляции промежуточного теплоносителя
используются центробежные насосы общего назначения.
Системы утилизации оборудуются баками, применяемыми для заполнения
циркуляционного контура промежуточным теплоносителем, а также
компенсации объемного расширения теплоносителя и воздухоудаления.
Для нагрева промежуточного теплоносителя используются скоростные
водоподогреватели.
Как промежуточный теплоноситель применяются незамерзающие
растворы солей и гликолей, а также вода.
38
Из незамерзающих растворов целесообразно применять 28% раствор
нитрата натрия.
Вода как промежуточный теплоноситель используется в том случае, если
температура промежуточного теплоносителя в расчетном режиме не
снижается ниже 5
о
С.
В теплоутилизационных установках в системах с негативными
температурами приточного воздуха для сбора конденсата следует
предусматривать поддон под теплообменниками вытяжного канала и
дренажные трубки для отвода конденсата.
Наибольшее распространение в инженерных системах имеют утилизаторы,
использующие воздух, удаляющий тепло из помещений, общеобменной
вентиляции или тепло технологических выбросов.
Утилизируемого тепла оказывается недостаточно для нагрева приточного
воздуха до необходимых температур в течение всего отопительного сезона.
Поэтому необходимо иметь дополнительные источники тепла. Возможны два
направления решения этой проблемы.
Первый из них предусматривает догрев воздуха в дополнительных
воздухонагревателях, устанавливаемых до или после утилизаторов тепла и
подключаемых к теплосети. Во многих установках данные воздухонагреватели
работают только в периоды похолоданий, а в течение другого времени не
используются. В установках с предварительным подогревом приточного
воздуха отключение дополнительных воздухонагревателей может привести к
замерзанию теплоносителя в трубках. Указанное обстоятельство является
недостатком данной схемы. Второе направление решения данной проблемы
содержится в подогреве промежуточного теплоносителя в периоды
похолоданий.
39
1.4.9 Использование систем утилизации с промежуточным
теплоносителем на основе рекуперативных теплообменников
В системах с положительными начальными температурами приточного
воздуха применяется схема утилизации тепла, в которой отсутствует опасность
замерзания конденсата на поверхности теплообменников в вытяжном
канале.
В системах с негативными начальными температурами приточного
воздуха для одиночных установок (одна приточная и одна вытяжная) или для
группы установок (несколько приточных и вытяжных), используется схема с
переменным расходом промежуточного теплоносителя.
В холодный период года, когда температура наружного воздуха ниже
критической, при которой возможно образование инея на поверхности
теплоутилизаторов, расположенных в вытяжном канале, параллельная работа
двух насосов одинаковой производительности обеспечивает циркуляцию
максимального расхода промежуточного теплоносителя, что
предотвращает обледенение теплообменников.
При повышении температуры наружного воздуха выше критической
функционирует один насос.
При дальнейшем повышении температуры наружного воздуха снижение
теплоотдачи воздухонагревателей в приточном канале достигается
посредством регулирования.
В случае необходимости возможна установка дополнительного
воздухонагревателя с подводом тепла из теплосети.
В системах с негативными начальными температурами приточного
воздуха для группы установок (несколько приточных и вытяжных),
функционирующих в различных режимах, обеспечивающих различные
требования по параметрам приточного воздуха и утилизирующих тепло
удаляемого воздуха разного потенциала, целесообразно использование схемы
утилизации с подогревом промежуточного теплоносителя.
40