Фрагменты программы дополнительного профессионального образования (ДПО) «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров и приточных вентиляционных систем» : Пресса об УКЦ : АНО ДПО «Учебно-консультационный центр «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Фрагменты программы дополнительного профессионального образования (ДПО) «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров и приточных вентиляционных систем»

Секции перекрестно-точного теплообменника
Рис. 1. Секции перекрестно-точного теплообменника:
а – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции;
б – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции;
Ванна и сепаратор на выходе из приточной секции (применяется летом во время охлаждения приточного воздуха в перекрестно-точном теплообменнике);
в – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции. Фильтры первой ступени класса EU3 на входе в приточную и вытяжную секции. Возможен монтаж регулирующего воздушного клапана и эластичных вставок;
г – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции. Ванна и сепаратор на выходе из приточной секции (необходимы летом при охлаждении приточного воздуха в перекрестно-точном теплообменнике). Фильтры первой ступени класса EU3 на выходе в приточную и вытяжную секции. Возможен монтаж регулирующего воздушного клапана и эластичных вставок
Заканчиваем публикацию фрагментов новой программы ДПО учебно-консультационного центра «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» — «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров и приточных вентиляционных систем».

Данная статья содержит часть программы ДПО, посвященную теплоутилизаторам с промежуточным теплоносителем для вентиляционных систем.

Общие сведения об утилизации теплоты

В последнее время большую актуальность приобрела проблема экономии теплоты, затрачиваемой на нагрев приточного воздуха в системах вентиляции. Поэтому появилась необходимость использовать тепловые вторичные ресурсы, такие как:

  • теплота воздуха, удаляемого системами вытяжной общеобменной вентиляции и вытяжных систем местных отсосов, когда рециркуляция воздуха недопустима;
  • тепло и холод, которые выделяются при работе технологических установок, которые пригодны для систем вентиляции и кондиционирования.

 

Для использования теплоты удаляемого из помещений воздуха применяются теплоутилизаторы, которые подразделяются на три типа:

  • перекрестно-точные рекуперативные теплообменники;
  • вращающиеся регенеративные теплообменники (роторные);
  • система с промежуточным теплоносителем, состоящая из двух теплообменников.

 

Тип утилизатора определяет и тип соответствующей секции центрального кондиционера.

Остановимся подробнее на этих трех видах теплоутилизаторов.

Перекрестно-точный теплообменник

Теплообменник изготовлен из алюминиевых пластин, создающих систему каналов для протекания двух потоков воздуха. В теплообменнике происходит теплопередача между этими герметично разделенными потоками воздуха с различными температурами.

Вытяжной, удаляемый из помещения, воздух протекает в каждом втором канале между пластинами теплообменника, нагревая их.

Приточный воздух протекает через остальные каналы теплообменника и поглощает теплоту нагретых пластин. Примеры различных вариантов секций перекрестно-точного теплообменника показаны на рис. 1.

Благодаря турбулентному течению воздуха в каналах теплообменника достигается высокая эффективность утилизации теплоты (до 75%) при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении.

В связи с возможностью конденсации влаги из вытяжного удаляемого воздуха за теплообменником установлен сепаратор (каплеуловитель) со сливным поддоном и отводом конденсата через гидрозатвор в систему канализации.

Для исключения обледенения теплообменника в холодный период года по вытяжной стороне на нем устанавливается термостат, управляющий положением воздушного клапана с электроприводом на обводной байпасной линии.

Вращающийся (роторный) теплообменник

Секции с вращающимся теплоутилизатором
Рис. 2 Секции с вращающимся теплоутилизатором:
1 – вращающаяся насадка;
2 – щит управления;
3 – электропривод с клиноременной передачей;
4 – поддон
Вращающийся теплообменник — это устройство, в котором процесс теплообмена происходит в результате аккумуляции теплоты вращающейся регенеративной насадкой.

Насадка представляет собой гофрированный стальной лист, свернутый так, чтобы были созданы каналы для горизонтального протекания воздуха. Изготовленная в форме колеса, она вращается электродвигателем с редуктором и ременной передачей (см. рис. 2).

Вытяжной удаляемый воздух, имеющий более высокую температуру, чем приточный, проходит через «насадку», нагревая ее. Вращаясь, насадка оказывается в потоке холодного приточного воздуха, где происходит передача теплоты от насадки к приточному воздуху.

Регулирование эффективности теплоутилизации производится путем изменения числа оборотов вращающегося теплообменника.

В связи с возможностью конденсации влаги из потока вытяжного воздуха за теплообменником устанавливается сепаратор (каплеуловитель) со сливным поддоном и отводом конденсата через гидрозатвор в систему канализации.

Секция вращающегося (роторного) теплообменника включает:

  • теплообменник;
  • привод, состоящий из электродвигателя, редуктора и ременной передачи (привод может быть с постоянным или переменным числом оборотов);
  • щит управления;
  • корпус.

 

Общий вид теплообменников
Рис. 3 Общий вид теплообменников.
Секции теплоутилизации с промежуточным теплоносителем:
а – теплообменник расположен на расстоянии;
б – теплообменник рядом
Допускаемая скорость движения воздуха через теплообменник составляет 4,5 м/с, максимальная температура (рабочая) не должна превышать +50ºС.

Вращающиеся теплообменники имеют самую высокую эффективность теплоутилизации — до 85%.

Однако основным их недостатком является наличие взаимного перетекания воздушных потоков, что делает их непригодными там, где требуется полное разделение потоков приточного и вытяжного воздуха.

Система с промежуточным теплоносителем

Эта система утилизации теплоты имеет свой собственный циркуляционный контур теплоносителя с собственным мембранным баком. Циркуляционный контур заливается незамерзающей жидкостью, которая передает теплоту от вытяжного воздуха к приточному. Циркуляция незамерзающей жидкости по закрытому контуру осуществляется специальным насосом.

Воздух, удаляемый из верхней зоны помещения вытяжной установкой, нагревает промежуточный теплоноситель в теплообменнике (теплоизвлекающий теплообменник).

Подогретый промежуточный теплоноситель через систему трубопроводов попадает в теплоотдающий теплообменник приточной системы, где отдает теплоту вытяжного воздуха наружному приточному воздуху.

Теплоизвлекающий теплообменник вытяжной системы, расположенный в потоке удаляемого воздуха, оснащен каплеуловителем и поддоном. В поддоне установлен переливной патрубок, выходящий наружу кожуха секции. Присоединение переливного патрубка с системой канализации осуществляется через гидрозатвор.

Как правило, утилизированной теплоты оказывается недостаточно для нагрева приточного воздуха до необходимой температуры, и наружный воздух приходится догревать дополнительно.

В качестве промежуточного теплоносителя применяют, как правило, различные антифризы, так как теплоноситель в теплоотдающем теплообменнике, отдавая теплоту, обычно остывает до отрицательных температур. Поэтому вполне оправданно применение водного раствора антифризов с температурой замерзания не выше –40°C (для Москвы).

Эффективность рекуперации теплоты подобной системы достигает до 60%.

Достоинством рассматриваемой системы является полная аэродинамическая изоляция потоков приточного (наружного) и вытяжного (удаляемого) воздуха, исключающая перетекание части загрязненного воздуха в приточный, чего нельзя полностью избежать при использовании регенеративных воздуховоздушных (роторных) теплообменников.

Пример расчета утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем

i-d диаграмма влажного воздуха
Рис. 4
Исходные данные:

  • место расположения объекта: г. Москва;
  • расчетные параметры наружного воздуха в холодный период года:

t(Н) = tнБ, º С; JнБ, кДж/кг;
  • назначение объекта — бассейн.

 

Параметры воздуха:

  • удаляемого (вытяжного):

Gу, кг/ч; t (У), ºС; J (У), кДж/кг; φ (У), %
  •  приточного:

Gп, кг/ч; t (П), ºС; J (П), кДж/кг.

 

Решение.
1. На J-d-диаграмме наносим точку У с параметрами удаляемого воздуха (см. рис. 4) и точку f, параметры которой принимаются

t (f) = 2 ºС; φ (f) = 100 %

с учетом необмерзания теплообменника.

2. Процесс утилизации теплоты пойдет по прямой, соединяющей эти две точки, до относительной влажности φ (У1) точки У1.

Обязательное условие утилизации теплоты:
φ (У1) = 88 % при φ (У) от 30 до 40 %;
φ (У1) = 92 % при φ (У) от 50 до 70 %,
Наш случай φ (У1) = 65 %.
φ (У1) = 98 % при φ (У) более 70 %.
Таким образом, точка У1 — точка утилизации теплоты — имеет параметры:
t (У1), ºС; J (У1), кДж/кг; φ (У1), %.

Принципиальная схема гидравлической обвязки утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем
Принципиальная схема гидравлической обвязки утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем
Рис. 5. Условные обозначения:
1 – насос циркуляционный; 5 – клапан шаровой запорный; 2 – клапан трехходовой с электроприводом; 6 – мембранный расширительный бак; 3 – балансировочный клапан; 7 – термометр; 4 – фильтр жидкостный сетчатый; 8 – монометр.
3. Для дальнейших расчетов на J-d-диаграмме строим из точки f линию условно сухого режима с постоянным влагосодержанием, т. е. d = const.

4. Проводим линии постоянных теплосодержаний — энтальпий J = const из точек У и У1 до пересечения с линией постоянного влагосодержания d = const, проведенной из точки f.

Полученные точки У’ и У1’ имеют параметры:

  • точка У’ t (У’), ºС; J (У’), кДж/кг;
  • точка У1’ t (У1’), ºС; J (У1), кДж/кг.

 

5.Количество утилизированной теплоты составит:
Qу = Gу [J (У’) — J (У1’)] = C ∙ Gу [t (У’) — t (У1’)], кДж/кг.

Заметим, что определить количество утилизированной теплоты можно без дополнительных точек У’ и У1’ по формуле:
Qу = Gу [J (У) — J (У1)], кДж/кг.

О том, для чего вводятся точки У’ и У1’, можно узнать из полной версии данной программы ДПО.

6. Находим температуру приточного воздуха после теплоотдающего теплообменника:

Находим температуру приточного воздуха после теплоотдающего теплообменника

7. Определяем количество антифриза, циркулирующего в системе:

Определяем количество антифриза, циркулирующего в системе

где Саф — удельная теплоемкость антифриза, кДж/кг∙ ºС;
Δ tаф — разность температуры подогретого антифриза и температуры охлажденного антифриза.
Рекомендуется принимать Δtаф = 6 °С.

8. Во избежание обмерзания теплообменников принимаем среднюю температуру антифриза Δtср.аф. = +1°С, тогда:

  • температура подогретого антифриза составит:

 

температура подогретого антифриза

  • температура охлажденного антифриза:

температура охлажденного антифриза

Для нашего случая расчет возможно закончить.

Публикуемые материалы являются лишь небольшими фрагментами программы ДПО, обучение по которой можно пройти в Учебно-консультационном центре «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА». Узнать подробности и записаться на обучение можно на сайте центра www.hvac-school.ru или по телефону (495) 225–22–42.

 Журнал „Мир климата“ № 69