جهاز استرداد السوائل لكفاءة التهوية. أجهزة استعادة الحرارة للتهوية - ما هي وكيف تعمل؟ جهاز استعادة الصفائح المتقاطعة

استعادة(من اللاتينية recuperatio - "إيصال الإرجاع") - إعادة جزء من المواد أو الطاقة لإعادة استخدامها في نفس العملية التكنولوجية.

يسمى الاسترداد أثناء معالجة المواد الخام بالامتزاز. عادة ما يكون الامتزاز، مثل عمليات النقل الجماعي الأخرى، قابلاً للعكس، وتسمى العملية الأولية بالامتزاز. تستخدم هذه العمليات على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية لتنقية وتجفيف الغازات، وتنقية وتوضيح المحاليل، وفصل مخاليط الغازات أو الأبخرة، وخاصة عند استخلاص المذيبات المتطايرة من خليط الغازات (استخلاص المذيبات المتطايرة). يتم استخدام استعادة المذيبات السائلة في إنتاج الهيدروكربونات والكحوليات والإثيرات والإسترات وما إلى ذلك. وتتم عمليات الامتزاز والامتزاز في وحدات الامتزاز المتخصصة.

استعادة– عملية الاسترداد الجزئي للطاقة لإعادة استخدامها. في هذا الموضوع نتحدث عن استعادة الهواء في أنظمة التهوية.

مبدأ تشغيل جهاز التعافي

لدينا تهوية العرض والعادم. في فصل الشتاء، يتم تنظيف هواء الإمداد بواسطة مرشحات الهواء ويتم تسخينه بواسطة سخانات الهواء. يدخل الغرفة ويدفئها ويخفف الغازات الضارة والغبار والانبعاثات الأخرى. ومن ثم يدخل في فتحة التهوية ويتم رميه في الشارع... ومن هنا جاءت الفكرة... لماذا لا نقوم بتسخين البرد العرض الجويهواء العادم. في النهاية، نحن في الأساس نهدر الأموال. لذلك، لدينا هواء عادم بدرجة حرارة 21 درجة مئوية وهواء إمداد، والذي تكون درجة حرارته قبل المدفأة -10 درجة مئوية. نقوم، على سبيل المثال، بتركيب جهاز استرداد مع مبادل حراري للوحة. لفهم مبدأ تشغيل جهاز الاسترداد باستخدام المبادل الحراري للوحة، تخيل مربعًا يمر فيه هواء العادم من الأسفل إلى الأعلى، وهواء الإمداد من اليسار إلى اليمين. علاوة على ذلك، فإن هذه التدفقات لا تختلط مع بعضها البعض بسبب استخدام ألواح خاصة موصلة للحرارة تفصل بين هذين التدفقين.

ونتيجة لذلك، فإن هواء العادم يعطي ما يصل إلى 70٪ من الحرارة إلى هواء الإمداد وعند الخروج من جهاز الاسترداد تكون درجة حرارته 2-6 درجة مئوية، ويكون هواء الإمداد بدوره درجة حرارة عند الخروج من جهاز التعافي من 12-16 درجة مئوية. وبالتالي، لن يقوم السخان بتسخين الهواء -10 درجة مئوية و +12 درجة مئوية، وهذا سيسمح لنا بتوفير الطاقة الكهربائية أو الحرارية بشكل كبير على تسخين هواء الإمداد.

أنواع المتعافين

على الرغم من أن جهاز الاسترداد المزود بمبادل حراري لوحي هو الأكثر شيوعًا في الاتحاد الروسي، إلا أن هناك أنواعًا أخرى من أجهزة الاسترداد، والتي تكون في بعض الحالات أكثر كفاءة أو بشكل عام، يمكنها فقط التعامل مع المهام. نحن ندعوك إلى النظر في الأنواع الأربعة الأكثر شيوعًا من أجهزة الاسترداد:

المسترد مع مبادل حراري لوحة (جهاز استعادة اللوحة)

المسترد مع مبادل حراري دوار (المسترد الدوار)

مبادل حراري لإعادة تدوير المياه

معاد السقف

جهاز استعادة الصفائح

النوع الأكثر شيوعًا هو جهاز استعادة الهواء ذو ​​التدفق المتقاطع أو اللوحة للشقق.

إنه كاسيت صغير. يتم إنشاء قناتين فيه، مفصولة عن بعضها البعض بواسطة صفائح من الفولاذ. أنها تحمل تدفقات منفصلة للهواء والعادم. يعمل الفولاذ بمثابة "مرشح" للحرارة. أي أنه يحدث تبادل لدرجة الحرارة، لكن خلط الهواء غير مسموح به. يرجع انتشار هذا النوع من الأجهزة إلى بساطته وصغر حجمه وتكلفته المنخفضة. يحتوي جهاز استعادة الهواء اللوحي للشقق على بعض العيوب، لكنها ليست ذات أهمية كبيرة عند تركيبها في المباني السكنية الصغيرة.

المزايا: - يتم دمج الجهاز بسهولة في أي جزء من مجرى الهواء؛ - لا توجد أجزاء متحركة (سهولة الصيانة، لا يوجد خطر إزاحة تدفق الهواء، وما إلى ذلك)؛ - كفاءة عالية نسبياً – 50...90%؛ - يمكن أن تعمل مع مخاليط الغاز والهواء ذات درجة الحرارة العالية (تصل إلى +200 درجة مئوية)؛ - المقاومة الديناميكية الهوائية لتدفقات الهواء المارة تزداد قليلا؛ - تعديل بسيط للأداء عبر صمام الالتفافية.

تم تصميم أجهزة استعادة الألواح بحيث لا يختلط الهواء المتدفق فيها، بل يتصل ببعضه البعض من خلال جدران كاسيت التبادل الحراري. يتكون هذا الكاسيت من العديد من اللوحات التي تفصل تدفقات الهواء البارد عن الدافئة. في أغلب الأحيان تكون اللوحات مصنوعة من ورق ألومنيوم، والتي لديها خصائص التوصيل الحراري ممتازة. ويمكن أيضًا أن تكون الألواح مصنوعة من البلاستيك الخاص. وهي أكثر تكلفة من تلك المصنوعة من الألومنيوم، ولكنها تزيد من كفاءة المعدات.

المبادلات الحرارية اللوحية لها عيب كبير: نتيجة لاختلاف درجات الحرارة، يتشكل التكثيف على الأسطح الباردة، والذي يتحول إلى جليد. يتوقف جهاز التعافي المغطى بالجليد عن العمل بشكل فعال. لإذابة الجليد، يتم تجاوز التدفق الوارد تلقائيًا بواسطة المبادل الحراري ويتم تسخينه بواسطة سخان. وفي هذه الأثناء، يقوم الهواء الدافئ المتسرب بإذابة الجليد الموجود على الألواح. في هذا الوضع، بالطبع، لا يوجد توفير للطاقة، ويمكن أن تستغرق فترة إزالة الجليد من 5 إلى 25 دقيقة في الساعة. لتسخين الهواء الوارد خلال مرحلة إزالة الجليد، يتم استخدام سخانات الهواء بقوة 1-5 كيلو واط.

تستخدم بعض المبادلات الحرارية اللوحية التسخين المسبق الهواء الواردإلى درجة حرارة تمنع تكون الجليد . وهذا يقلل من كفاءة جهاز الاسترداد بحوالي 20%.

حل آخر لمشكلة الجليد هو أشرطة السليلوز استرطابي. تمتص هذه المادة الرطوبة من تدفق هواء العادم وتنقلها إلى الهواء الوارد، وبالتالي تعيد الرطوبة مرة أخرى. لا يمكن تبرير أجهزة الاسترداد هذه إلا في المباني التي لا توجد فيها مشكلة ترطيب الهواء. الميزة التي لا شك فيها لأجهزة استرجاع الهيجروسيليلوز هي أنها لا تحتاج إلى تسخين كهربائي للهواء، مما يعني أنها أكثر اقتصادا. تتمتع أجهزة الاسترداد ذات المبادلات الحرارية ذات اللوحة المزدوجة بكفاءة تصل إلى 90٪. لا يتشكل فيها الجليد بسبب انتقال الحرارة عبر المنطقة المتوسطة.

الشركات المصنعة المعروفة للمبادلات الحرارية اللوحية: SCHRAG (ألمانيا)، MITSUBISHI (اليابان)، ELECTROLUX، SYSTEMAIR (السويد)، SHUFT (الدنمارك)، REMAK، 2W (جمهورية التشيك)، MIDEA (الصين).

في هذه المقالة سننظر في خاصية نقل الحرارة مثل معامل الاسترداد. يوضح الدرجة التي يستخدم بها حامل الحرارة الآخر أثناء التبادل الحراري. يمكن أن يسمى معامل الاسترداد معامل استرداد الحرارة أو كفاءة نقل الحرارة أو الكفاءة الحرارية.

سنحاول في الجزء الأول من المقال إيجاد علاقات عامة لانتقال الحرارة. يمكن الحصول عليها من المبادئ الفيزيائية الأكثر عمومية ولا تتطلب أي قياسات. في الجزء الثاني، سنعرض اعتماد معاملات الاسترداد الحقيقية على الخصائص الرئيسية للتبادل الحراري لستائر الهواء الحقيقية أو بشكل منفصل لوحدات التبادل الحراري بين الماء والهواء، والتي سبق أن تمت مناقشتها في مقالات "طاقة الستار الحراري عند المبرد التعسفي" ومعدلات تدفق الهواء. تفسير البيانات التجريبية" و"طاقة الستارة الحرارية عند معدلات تدفق المبرد والهواء التعسفية. "ثوابت عملية انتقال الحرارة"، نشرته مجلة "عالم المناخ" في العددين 80 و83 على التوالي. سيتم توضيح كيفية اعتماد المعاملات على خصائص المبادل الحراري، وكذلك كيفية تأثرها بمعدلات تدفق سائل التبريد. سيتم شرح بعض مفارقات انتقال الحرارة، وبشكل خاص مفارقة القيمة العالية لمعامل الاسترداد مع وجود اختلاف كبير في معدلات تدفق المبرد. لتبسيط مفهوم الاسترداد ومعنى تعريفه الكمي (المعامل)، سننظر في مثال المبادلات الحرارية جو-جو. وهذا سيسمح لنا بتحديد نهج لمعنى الظاهرة، والتي يمكن بعد ذلك توسيعها إلى أي تبادل، بما في ذلك "الماء - الهواء". لاحظ أنه في كتل التبادل الحراري من الهواء إلى الهواء، يمكن تنظيم كل من التيارات المتقاطعة، والتي تشبه بشكل أساسي المبادلات الحرارية من الماء إلى الهواء، والتيارات المضادة لوسائط التبادل الحراري. في حالة التيارات المضادة، التي تحدد قيمًا عالية لمعاملات الاسترداد، قد تختلف الأنماط العملية لانتقال الحرارة قليلاً عن تلك التي تمت مناقشتها سابقًا. من المهم أن تكون القوانين العالمية لانتقال الحرارة صالحة بشكل عام لأي نوع من وحدات التبادل الحراري. في مناقشة المقال سنفترض أن الطاقة يتم حفظها أثناء انتقال الحرارة. وهذا يعادل القول بأن قوة الإشعاع والحمل الحراري من جسم المعدات الحرارية بسبب درجة حرارة الجسم صغيرة مقارنة بقوة نقل الحرارة المفيدة. سنفترض أيضًا أن السعة الحرارية للحاملات لا تعتمد على درجات حرارتها.

متى تكون نسبة الاسترداد المرتفعة مهمة؟

يمكن اعتبار أن القدرة على نقل كمية معينة من الطاقة الحرارية هي إحدى الخصائص الرئيسية لأي معدات حرارية. وكلما زادت هذه القدرة، زادت تكلفة المعدات. يمكن أن يختلف معامل الاسترداد نظريًا من 0 إلى 100%، لكنه يتراوح عمليًا من 25 إلى 95%. بشكل حدسي، يمكن للمرء أن يفترض أن معامل الاسترداد العالي، فضلا عن القدرة على نقل الطاقة العالية، يعني ضمنا الصفات الاستهلاكية العالية للمعدات. ومع ذلك، في الواقع لم يتم ملاحظة مثل هذا الاتصال المباشر، كل هذا يتوقف على شروط استخدام التبادل الحراري. متى تكون الدرجة العالية من استرداد الحرارة مهمة ومتى تكون ثانوية؟ إذا تم استخدام سائل التبريد الذي يتم أخذ الحرارة أو البرودة منه مرة واحدة فقط، أي غير ملتف، وبعد الاستخدام مباشرة يتم تفريغه بشكل لا رجعة فيه إلى بيئة خارجية، ومن أجل استخدام هذه الحرارة بشكل فعال، يُنصح باستخدام جهاز ذو معامل استرداد مرتفع. وتشمل الأمثلة استخدام الأجزاء الساخنة أو الباردة منشآت الطاقة الحرارية الأرضية، الخزانات المفتوحة، مصادر الحرارة الزائدة التكنولوجية، حيث يستحيل إغلاق دائرة التبريد. يعد الاسترداد العالي أمرًا مهمًا عندما يتم إجراء الحساب في شبكة التدفئة فقط بناءً على تدفق المياه ودرجة حرارة الماء المباشر. بالنسبة للمبادلات الحرارية من الهواء إلى الهواء، فهذا هو استخدام الحرارة من هواء العادم، والتي تذهب مباشرة بعد التبادل الحراري إلى البيئة الخارجية. تحدث حالة متطرفة أخرى عندما يتم دفع ثمن سائل التبريد بشكل صارم وفقًا للطاقة المأخوذة منه. يمكن أن يسمى هذا خيارًا مثاليًا لشبكة التدفئة. ثم يمكننا القول أن معلمة مثل معامل الاسترداد ليس لها أي معنى على الإطلاق. على الرغم من وجود قيود على درجة حرارة عودة الناقل، فإن معامل الاسترداد منطقي أيضًا. لاحظ أنه في ظل بعض الظروف يكون من المرغوب فيه الحصول على المزيد معامل منخفضاستعادة المعدات.

تحديد عامل الاسترداد

ويرد تعريف معامل الاسترداد في العديد من الكتب المرجعية (على سبيل المثال). إذا تم تبادل الحرارة بين الوسطين 1 و2 (الشكل 1)،

التي لها سعات حرارية c 1 وc 2 (في J/kgxK) ومعدلات تدفق جماعي g 1 وg 2 (في كجم/ثانية)، على التوالي، ثم يمكن تقديم معامل استرداد التبادل الحراري في شكل نسبتين متكافئتين:

= (с 1 g 1)(Т 1 - Т 1 0) / (сg) دقيقة (T 2 0 - T 1 0) = (с 2 g 2)(Т 2 0 - Т 2) / (сg) دقيقة ( ت 2 0 - ت 1 0). (1)

في هذا التعبير، T 1 و T 2 هي درجات الحرارة النهائية لهذين الوسيطين، T 1 0 و T 2 0 هي درجات الحرارة الأولية، و (cg) min هي الحد الأدنى من القيمتين لما يسمى بالحرارة أي ما يعادل هذه الوسائط (W/K) بمعدلات التدفق g 1 و g 2، (cg) min = min((مع 1 جم 1)، (مع 2 جم 2)). لحساب المعامل، يمكنك استخدام أي من التعبيرات، لأن البسط، كل منها يعبر عن إجمالي قوة نقل الحرارة (2)، متساوون.

ث = (ج 1 جم 1)(ت 1 - ت 1 0) = (ج 2 جم 2)(ت 2 0 - ت 2). (2)

ويمكن اعتبار المساواة الثانية في (2) تعبيراً عن قانون حفظ الطاقة أثناء انتقال الحرارة، والذي يسمى بالنسبة للعمليات الحرارية بالقانون الأول للديناميكا الحرارية. يمكن ملاحظة أنه في أي من التعريفين المكافئين في (1) توجد فقط ثلاثة من درجات حرارة التبادل الأربعة. وكما ذكرنا، تصبح القيمة كبيرة عند التخلص من أحد المبردات بعد الاستخدام. ويترتب على ذلك أنه يمكن دائمًا اختيار تعبيرين في (1) بحيث تكون درجة الحرارة النهائية لهذه الموجة الحاملة هي التي يتم استبعادها من التعبير للحساب. دعونا نعطي أمثلة.

أ) استرداد الحرارة من الهواء العادم

من الأمثلة المعروفة على المبادل الحراري ذي القيمة المطلوبة العالية جهاز استرداد حرارة هواء العادم لتسخين هواء الإمداد (الشكل 2).

إذا قمنا بتعيين درجة حرارة هواء العادم كغرفة T، وهواء الشارع بـ T st، وهواء الإمداد بعد التسخين في جهاز الاسترداد بـ T pr، مع الأخذ في الاعتبار نفس قيمة السعات الحرارية من تدفقي الهواء (إنهما متماثلان تقريبًا، إذا أهملنا التبعيات الصغيرة على الرطوبة ودرجة حرارة الهواء)، فيمكننا الحصول على تعبير مشهور جيد لـ:

G pr (T pr - T st) / g min (غرفة T - T st). (3)

في هذه الصيغة، يشير gmin إلى أصغر g min = min(g in, g out) لمعدلي التدفق الثانيين لجين هواء الإمداد ونقرس هواء العادم. عندما لا يتجاوز تدفق هواء الإمداد تدفق هواء العادم، يتم تبسيط الصيغة (3) وتقليلها إلى النموذج = (T pr - T st) / (Troom - T st). درجة الحرارة التي لا تؤخذ في الاعتبار في الصيغة (3) هي درجة الحرارة T’ لهواء العادم بعد مرور المبادل الحراري.

ب) الاستجمام في ستارة هوائية أو سخان هواء مائي عشوائي

لأنه أمام الجميع الخيارات الممكنةدرجة الحرارة الوحيدة التي قد تكون قيمتها ضئيلة هي درجة الحرارة عودة الماء T x، يجب استبعاده من التعبير الخاص بمعامل الاسترداد. إذا أشرنا إلى درجة حرارة الهواء المحيط بستارة الهواء بالرمز T0، والهواء الذي يتم تسخينه بواسطة ستارة الهواء بالرمز T، ودرجة الحرارة الداخلة إلى المبادل الحراري الماء الساخن T g، (الشكل 3)، لنحصل على:

Cg(T – T 0) / (cg) دقيقة (T g – T 0). (4)

في هذه الصيغة، c هي السعة الحرارية للهواء، و g هو معدل تدفق الهواء الكتلي الثاني.

التعيين (сg) دقيقة هو أصغر قيمةمن الهواء сg والماء с W G المكافئات الحرارية، с W هي السعة الحرارية للماء، G هو معدل التدفق الكتلي الثاني للمياه: (сg) min = min((сg)، (с W G)). إذا كان تدفق الهواء صغيرًا نسبيًا ولم يتجاوز مكافئ الهواء مكافئ الماء، فسيتم أيضًا تبسيط الصيغة: = (T - T 0) / (T g - T 0).

المعنى المادي لعامل التعافي

يمكن الافتراض أن قيمة معامل استرداد الحرارة هي تعبير كمي عن الكفاءة الديناميكية الحرارية لنقل الطاقة. ومن المعروف أن هذه الكفاءة بالنسبة لانتقال الحرارة محدودة بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي يُعرف أيضًا بقانون الإنتروبيا غير المتناقصة.

ومع ذلك، يمكن إثبات أن هذه هي بالفعل كفاءة ديناميكية حرارية بمعنى عدم تناقص الإنتروبيا فقط في حالة تساوي المكافئات الحرارية لوسيطين يتبادلان الحرارة. وفي الحالة العامة لعدم تكافؤ المكافئات فإن القيمة النظرية القصوى الممكنة = 1 ترجع إلى مسلمة كلاوزيوس والتي تنص على ما يلي: "لا يمكن أن تنتقل الحرارة من جسم أكثر برودة إلى جسم أكثر دفئا دون تغيرات أخرى في نفس الوقت مرتبطة بتغيرات أخرى". هذا النقل." وفي هذا التعريف تعني التغييرات الأخرى العمل الذي يتم على النظام، على سبيل المثال، أثناء دورة كارنوت العكسية، والتي على أساسها تعمل مكيفات الهواء. مع الأخذ في الاعتبار أن المضخات والمراوح عند تبادل الحرارة مع حاملات مثل الماء والهواء وغيرها تنتج قدرا لا يذكر من عمل صغيربالمقارنة مع طاقات التبادل الحراري، يمكننا أن نفترض أنه مع مثل هذا التبادل الحراري يتم تحقيق مسلمة كلاوسيوس بدرجة عالية من الدقة.

على الرغم من أنه من المقبول عمومًا أن كلا من مسلمة كلاوسيوس ومبدأ الإنتروبيا غير المتناقصة هما مجرد تعبيرات مختلفة عن صياغة القانون الثاني للديناميكا الحرارية للأنظمة المغلقة، إلا أن الأمر ليس كذلك. لدحض تكافؤها، سوف نبين أنها يمكن أن تؤدي بشكل عام إلى قيود مختلفة على انتقال الحرارة. دعونا نفكر في جهاز استرجاع الهواء إلى الهواء في حالة المكافئات الحرارية المتساوية للوسائط المتبادلة، والتي، إذا كانت السعات الحرارية متساوية، يعني ضمناً المساواة في معدلات التدفق الكتلي لتدفقي الهواء، و = (T pr - ت ش) / (غرفة ت - ش ت). لنفترض أن درجة حرارة الغرفة T الغرفة = 20 درجة مئوية، ودرجة حرارة الشارع T street = 0 درجة مئوية. إذا تجاهلنا تمامًا الحرارة الكامنة للهواء، والتي تسببها رطوبته، فكما يلي من ( 3) تتوافق درجة حرارة هواء الإمداد T pr = 16 o C مع معامل الاسترداد = 0.8، وعند T pr = 20 o C ستصل إلى قيمة 1. (درجات حرارة الهواء المنبعث إلى الشارع في هذه الحالات T ' سيكون 4 درجة مئوية و 0 درجة مئوية، على التوالي). دعونا نبين أن بالضبط = 1 هو الحد الأقصى لهذه الحالة. بعد كل شيء، حتى لو كانت درجة حرارة هواء الإمداد T pr = 24 o C، والهواء المنبعث إلى الشارع T' = -4 o C، فإن القانون الأول للديناميكا الحرارية (قانون الحفاظ على الطاقة) لن يكون صالحًا انتهكت. كل ثانية E = cg·24 o C سيتم نقل جول من الطاقة إلى هواء الشارع وسيتم أخذ نفس الكمية من هواء الغرفة، وفي نفس الوقت ستساوي 1.2 أو 120%. ومع ذلك، فإن نقل الحرارة هذا مستحيل على وجه التحديد لأن إنتروبيا النظام ستنخفض، وهو أمر محظور بموجب القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

في الواقع، وفقًا لتعريف الإنتروبيا S، يرتبط تغيرها بتغير الطاقة الإجمالية للغاز Q بالعلاقة dS = dQ/T (يتم قياس درجة الحرارة بالكلفن)، ونظرًا لأنه عند ضغط الغاز الثابت dQ = mcdT، m هي كتلة الغاز، s (أو كيف يُشار إليها غالبًا بـ p) - السعة الحرارية عند ضغط ثابت، dS = mc · dT/T. وبالتالي، S = mc ln(T 2 / T 1)، حيث T 1 و T 2 هما درجتا حرارة الغاز الأولية والنهائية. في تدوين الصيغة (3) للتغيير الثاني في إنتروبيا هواء الإمداد نحصل على Spr = сg ln(Tpr / Tul)، إذا تم تسخين هواء الشارع، فهو إيجابي. لتغيير إنتروبيا هواء العادم Svyt = s g ln(T / Troom). التغير في إنتروبيا النظام بأكمله في ثانية واحدة:

S = S pr + S out = cg(ln(T pr / T st) + ln(T' / Troom)). (5)

في جميع الحالات، سنفترض أن الشارع T = 273 ألفًا، والغرفة T = 293 ألفًا. من أجل = 0.8 من (3)، T pr = 289 K ومن (2) T' = 277 K، مما سيسمح لنا بحساب إجمالي التغير في الإنتروبيا S = 0.8 = 8 10 –4 cg. بالنسبة لـ = 1، نحصل بالمثل على T pr = 293K وT' = 273K، ويتم الحفاظ على الإنتروبيا، كما هو متوقع، S = 1 = 0. الحالة الافتراضية = 1.2 تتوافق مع T pr = 297K وT' = 269K ، ويوضح الحساب انخفاض الإنتروبيا: S =1.2 = –1.2 10 –4 cg. ويمكن اعتبار هذا الحساب مبررا لاستحالة هذه العملية c=1.2 بشكل خاص، وبشكل عام لأي > 1 أيضا بسبب S< 0.

لذلك، عند معدلات التدفق التي توفر مكافئات حرارية متساوية لوسطين (بالنسبة للوسائط المتماثلة يتوافق هذا مع معدلات تدفق متساوية)، يحدد معامل الاسترداد كفاءة التبادل بمعنى أن = 1 يحدد الحالة المحدودة لحفظ الإنتروبيا. إن مسلمة كلاوزيوس ومبدأ عدم تناقص الإنتروبيا متكافئان في هذه الحالة.

الآن فكر في معدلات تدفق الهواء غير المتكافئة للتبادل الحراري من هواء إلى هواء. لنفترض، على سبيل المثال، أن معدل التدفق الكتلي لهواء الإمداد يكون 2g، ومعدل تدفق الهواء العادم g. للتغير في الإنتروبيا بمعدلات التدفق نحصل على:

S = S pr + S out = 2s g ln(T pr / T st) + s g ln (T' / T الغرفة). (6)

بالنسبة لـ = 1 عند نفس درجات الحرارة الأولية T st = 273 K وTroom = 293 K، باستخدام (3)، نحصل على T pr = 283 K، نظرًا لأن g pr / g min = 2. ثم من قانون الحفاظ على الطاقة (2) نحصل على القيمة T '= 273K. إذا استبدلنا قيم درجة الحرارة هذه بـ (6)، فمن أجل التغيير الكامل في الإنتروبيا نحصل على S = 0.00125сg > 0. وهذا يعني أنه حتى في الحالة الأكثر ملاءمة مع = 1، تصبح العملية دون المستوى الأمثل من الناحية الديناميكية الحرارية؛ تحدث مع زيادة في الإنتروبيا، ونتيجة لذلك، على النقيض من الحالة الفرعية ذات التكاليف المتساوية، فإنه دائمًا لا رجعة فيه.

لتقدير حجم هذه الزيادة، سنجد معامل الاسترداد لتبادل النفقات المتساوية التي سبق ذكرها أعلاه، بحيث ينتج نتيجة لهذا التبادل نفس مقدار الإنتروبيا كما هو الحال بالنسبة للنفقات التي تختلف بعامل 2 عند = 1. وبعبارة أخرى، سوف نقوم بتقييم عدم الأمثلية الديناميكية الحرارية لتبادل التكاليف المختلفة في ظل الظروف المثالية. بادئ ذي بدء، فإن التغيير في الإنتروبيا في حد ذاته يقول القليل، ومن المفيد جدًا النظر في نسبة S / E للتغير في الإنتروبيا إلى الطاقة المنقولة عن طريق التبادل الحراري. مع الأخذ في الاعتبار أنه في المثال أعلاه، عندما يزيد الإنتروبيا بمقدار S = 0.00125cg، فإن الطاقة المنقولة E = cg pr (T pr - T str) = 2c g 10K. وبذلك تكون النسبة S / E = 6.25 10 –5 K -1. من السهل التحقق من أن معامل الاسترداد = 0.75026 يؤدي إلى نفس "نوعية" التبادل عند التدفقات المتساوية... في الواقع، عند نفس درجات الحرارة الأولية T st = 273 K وغرفة T = 293 K وتدفقات متساوية، هذا المعامل يتوافق مع درجات الحرارة T re = 288 K و T' = 278 K. باستخدام (5) نحصل على التغير في الإنتروبيا S = 0.000937сg ومع الأخذ في الاعتبار أن E = сg(T pr - T str) = сg 15K، نحصل على S/E = 6.25 10 –5 К -1 . لذلك، من حيث الجودة الديناميكية الحرارية، فإن نقل الحرارة عند = 1 وعند تدفقات مختلفة مرتين يتوافق مع نقل الحرارة عند = 0.75026... عند تدفقات متطابقة.

سؤال آخر يمكننا طرحه هو: ما هي درجات حرارة التبادل الافتراضية بمعدلات مختلفة لكي تحدث هذه العملية التخيلية دون زيادة في الإنتروبيا؟

بالنسبة لـ = 1.32 عند نفس درجات الحرارة الأولية T st = 273 K وTroom = 293 K، باستخدام (3)، نحصل على T pr = 286.2 K ومن قانون حفظ الطاقة (2) T' = 266.6 K. إذا استبدلنا هذه القيم في (6)، فبالنسبة للتغيير الكامل في الإنتروبيا نحصل على cg(2ln(286.2 / 273) + ln(266.6 / 293)) 0. قانون الحفاظ على الطاقة وقانون عدم -تم استيفاء الإنتروبيا المتناقصة لقيم درجة الحرارة هذه، ومع ذلك فإن التبادل مستحيل نظرًا لحقيقة أن T' = 266.6 K لا ينتمي إلى نطاق درجة الحرارة الأولي. وهذا من شأنه أن ينتهك بشكل مباشر مسلمة كلاوسيوس، حيث ينقل الطاقة من بيئة أكثر برودة إلى بيئة أكثر دفئًا. وبالتالي فإن هذه العملية مستحيلة، كما مستحيلة غيرها، ليس فقط مع حفظ الإنتروبيا، بل حتى مع زيادتها، عندما تتجاوز درجات الحرارة النهائية لأي من الوسائط نطاق درجة الحرارة الأولية (شارع T، غرفة T).

عند معدلات التدفق التي توفر مكافئات حرارية غير متساوية لوسائط التبادل، تكون عملية نقل الحرارة غير قابلة للانعكاس بشكل أساسي وتحدث مع زيادة في إنتروبيا النظام، حتى في حالة نقل الحرارة الأكثر كفاءة. هذه الحجج صالحة أيضًا لوسائط ذات سعات حرارية مختلفة، والشيء المهم الوحيد هو ما إذا كانت المكافئات الحرارية لهذه الوسائط متطابقة أم لا.

مفارقة الحد الأدنى من جودة التبادل الحراري مع نسبة استرداد تبلغ 1/2

في هذه الفقرة، نتناول ثلاث حالات للتبادل الحراري بمعاملات استرجاع هي 0، 1/2، 1 على التوالي. دع تدفقات متساوية من وسائط التبادل الحراري ذات السعات الحرارية المتساوية مع بعض درجات الحرارة الأولية المختلفة T 1 0 و T 2 0 تمر عبر المبادلات الحرارية. مع معامل استرداد قدره 1، يتبادل الوسيطان ببساطة قيم درجة الحرارة وتعكس درجات الحرارة النهائية درجات الحرارة الأولية T 1 = T 2 0 و T 2 = T 1 0. ومن الواضح أن الإنتروبيا لا تتغير في هذه الحالة S = 0، لأنه عند الخروج توجد نفس الوسائط بنفس درجات الحرارة الموجودة عند المدخل. مع معامل استرداد قدره 1/2، ستكون درجات الحرارة النهائية لكلا الوسيطين مساوية للمتوسط القيمة الحسابيةدرجات الحرارة الأولية: T 1 = T 2 = 1/2 (T 1 0 + T 2 0). ستحدث عملية لا رجعة فيها لتعادل درجة الحرارة، وهذا يعادل زيادة في الإنتروبيا S > 0. عند معامل استرداد قدره 0، لا يوجد انتقال للحرارة. أي أن T 1 = T 1 0 و T 2 = T 2 0، ولن تتغير إنتروبيا الحالة النهائية، وهي مشابهة للحالة النهائية للنظام مع معامل استرداد يساوي 1. تمامًا كما الحالة c = 1 مطابق للحالة c = 0، ومن خلال القياس أيضًا يمكن إثبات أن الحالة = 0.9 مطابقة للحالة c = 0.1، وما إلى ذلك. في هذه الحالة، الحالة c = 0.5 سوف تتوافق مع الحد الأقصى للزيادة في الإنتروبيا جميع المعاملات الممكنة. على ما يبدو، = 0.5 يتوافق مع نقل الحرارة بأقل جودة.

بالطبع هذا ليس صحيحا. يجب أن يبدأ تفسير المفارقة بحقيقة أن التبادل الحراري هو تبادل للطاقة. إذا زادت الإنتروبيا نتيجة للتبادل الحراري بمقدار معين، فستختلف جودة التبادل الحراري اعتمادًا على ما إذا كان قد تم نقل 1 ي أو 10 ي من الحرارة. ومن الأصح عدم مراعاة التغيير المطلق في الإنتروبيا S ( في الواقع، يتم إنتاجه في المبادل الحراري)، ولكن نسبة تغيير الإنتروبيا إلى الطاقة E المنقولة في هذه الحالة، ومن الواضح أنه بالنسبة لمجموعات مختلفة من درجات الحرارة، يمكن حساب هذه القيم لـ = 0.5. من الصعب حساب هذه النسبة لـ = 0، لأن هذا شكل من أشكال عدم اليقين 0/0. ومع ذلك، ليس من الصعب أخذ النسبة إلى 0، والتي يمكن الحصول عليها عمليًا من خلال أخذ هذه النسبة عند قيم صغيرة جدًا، على سبيل المثال، 0.0001. نقدم في الجدولين 1 و2 هذه القيم لظروف درجات الحرارة الأولية المختلفة.

في أي قيم ولدرجة الحرارة اليومية تتراوح T st غرفة و T غرفة (سوف نفترض أن T غرفة / T st x

ق / ه ( 1 / ش ش - 1 / ت غرفة )(1 -). (7)

في الواقع، إذا كنا نشير إلى غرفة T = شارع T (1 + x)، 0< x

في الرسم البياني 1 نظهر هذا الاعتماد على درجات الحرارة T st = 300K T الغرفة = 380K.

هذا المنحنى ليس خطًا مستقيمًا يتم تحديده بالتقريب (7)، على الرغم من أنه قريب منه بدرجة كافية بحيث لا يمكن تمييزهما على الرسم البياني. توضح الصيغة (7) أن جودة نقل الحرارة تكون في حدها الأدنى على وجه التحديد عند = 0. فلنقم بتقدير آخر لمقياس S / E. في المثال الوارد، نعتبر اتصال خزانين للحرارة مع درجات الحرارة T 1 و T 2 (ت1< T 2) теплопроводящим стержнем. Показано, что в стержне на единицу переданной энергии вырабатывается энтропия 1/Т 1 –1/Т 2 . Это соответствует именно минимальному качеству теплообмена при рекуперации с = 0. Интересное наблюдение заключается в том, что по физическому смыслу приведенный пример со стержнем интуитивно подобен теплообмену с = 1/2 , поскольку в обоих случаях происходит выравнивание температуры к среднему значению. Однако формулы демонстрируют, что он эквивалентен именно случаю теплообмена с = 0, то есть теплообмену с наиболее низким качеством из всех возможных. Без вывода укажем, что это же минимальное качество теплообмена S / E = 1 / Т 1 0 –1 / Т 2 0 в точности реализуется для ->0 وبنسبة تعسفية لمعدلات تدفق سائل التبريد.

التغييرات في جودة نقل الحرارة بتكاليف تدفق التدفئة المختلفة

سنفترض أن معدلات تدفق سائل التبريد تختلف بمعامل n، وأن التبادل الحراري يحدث بأعلى جودة ممكنة (= 1). ما هي نوعية التبادل الحراري مع معدلات التدفق المتساوية التي يتوافق معها هذا؟ للإجابة على هذا السؤال، دعونا نلقي نظرة على كيفية تصرف قيمة S/E عند = 1 لنسب النفقات المختلفة. بالنسبة لفرق التدفق n = 2، تم بالفعل حساب هذه المراسلات في النقطة 3: = 1 n=2 يتوافق مع = 0.75026... لنفس التدفقات. في الجدول 3، لمجموعة من درجات الحرارة 300 كلفن و350 كلفن، نعرض التغير النسبي في الإنتروبيا عند معدلات تدفق متساوية لمبردات لها نفس السعة الحرارية لقيم مختلفة.

في الجدول 4 نقدم أيضًا التغير النسبي في الإنتروبيا لنسب التدفق المختلفة n فقط عند أقصى كفاءة ممكنة لنقل الحرارة (= 1) والكفاءات المقابلة التي تؤدي إلى نفس الجودة لمعدلات تدفق متساوية.

دعونا نقدم الاعتماد الناتج (ن) على الرسم البياني 2.

مع وجود فرق لا حصر له في التكاليف يميل إلى حد محدود 0.46745... يمكن إثبات أن هذا اعتماد عالمي. وهو صالح عند أي درجات حرارة أولية لأي حاملات، إذا كنا نعني بدلاً من نسبة النفقات نسبة المكافئات الحرارية. ويمكن أيضًا تقريبها عن طريق القطع الزائد، والذي يشار إليه على الرسم البياني بثلاثة خطوط زرقاء:

'(ن) 0.4675+ 0.5325/ن. (8)

يشير الخط الأحمر إلى العلاقة الدقيقة (ن):

إذا تم تحقيق تكاليف غير متساوية في التبادل مع n> 1، فإن الكفاءة الديناميكية الحرارية بمعنى إنتاج الإنتروبيا النسبية تنخفض. ونقدم تقديرها مما سبق دون اشتقاق:

تميل هذه النسبة إلى المساواة التامة بالنسبة لـ n>1، بالقرب من 0 أو 1، وبالنسبة للقيم المتوسطة لا يتجاوز الخطأ المطلق عدة بالمائة.

وستعرض نهاية المقال في أحد الأعداد القادمة لمجلة "CLIMATE WORLD". وباستخدام أمثلة لوحدات التبادل الحراري الحقيقية، سنجد قيم معاملات الاسترداد ونبين مدى تحديدها من خلال خصائص الوحدة، وكم من خلال معدلات تدفق سائل التبريد.

الأدب

1. بوخوف أ. هواء. تفسير البيانات التجريبية. // عالم المناخ. 2013. رقم 80. ص 110.
2. بوخوف أ. ب. قوة الستار الحراري عند معدلات تدفق سائل التبريد التعسفية و هواء. ثوابت عملية نقل الحرارة. // عالم المناخ. 2014. رقم 83. ص 202.
3. كيس دبليو إم، لندن أ. ل. المبادلات الحرارية المدمجة. . م: الطاقة، 1967. ص23.
4. Wang H. الصيغ والبيانات الأساسية نقل الحرارة للمهندسين. . م: الاتميزدات، 1979. ص 138.
5. Kadomtsev B. B. ديناميات و المعلومات // التقدم في العلوم الفيزيائية. ت. 164. 1994. لا. 5 مايو. ص 453.

بوخوف أليكسي فياتشيسلافوفيتش,
المدير الفني
شركة تروبيك لاين

ونظراً للزيادة في الرسوم الجمركية على موارد الطاقة الأولية، أصبح التعافي أكثر أهمية من أي وقت مضى. في وحدات معالجة الهواء مع الاسترداد، يتم استخدامها عادة الأنواع التاليةالمتعافين:

• لوحة أو جهاز استرداد التدفق المتقاطع ؛
• المسترد الدوار
• أجهزة الاسترداد مع المبرد المتوسط.
• مضخة الحرارة؛
• غرفة التعافي من النوع؛
• التعافي مع أنابيب الحرارة.

مبدأ التشغيل

مبدأ تشغيل أي جهاز استرداد في وحدات معالجة الهواء هو كما يلي. يوفر التبادل الحراري (في بعض النماذج - التبادل البارد وتبادل الرطوبة) بين تدفقات هواء الإمداد والعادم. يمكن أن تحدث عملية التبادل الحراري بشكل مستمر - من خلال جدران المبادل الحراري باستخدام الفريون أو مبرد وسيط. يمكن أيضًا أن يكون التبادل الحراري دوريًا، كما هو الحال في جهاز الاسترداد الدوار والغرفة. ونتيجة لذلك، يتم تبريد الهواء العادم، وبالتالي تسخين الهواء النقي. تتم عملية التبادل البارد في نماذج معينة من أجهزة الاسترداد خلال الموسم الدافئ وتجعل من الممكن تقليل تكاليف الطاقة لأنظمة تكييف الهواء بسبب بعض تبريد هواء الإمداد الذي يتم توفيره للغرفة. يحدث تبادل الرطوبة بين تدفقات الهواء العادم والإمداد، مما يسمح لك بالحفاظ على رطوبة مريحة في الغرفة على مدار السنة، دون استخدام أي أجهزة إضافية - أجهزة الترطيب وغيرها.

لوحة أو استرداد التدفق المتقاطع.

تصنع الألواح الموصلة للحرارة للسطح المتعافي من رقائق معدنية رقيقة (مادة - الألومنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ) أو من الورق المقوى الرقيق للغاية والبلاستيك والسليلوز المسترطب. تتحرك تدفقات هواء الإمداد والعادم عبر العديد من القنوات الصغيرة التي تشكلها هذه الألواح الموصلة للحرارة في نمط التدفق المعاكس. يتم استبعاد الاتصال والاختلاط بين التدفقات وتلوثها عمليا. لا توجد أجزاء متحركة في تصميم المسترد. معدل الكفاءة 50-80%. في أجهزة استعادة الرقائق المعدنية، بسبب الاختلاف في درجات حرارة تدفق الهواء، قد تتكثف الرطوبة على سطح الألواح. في الموسم الدافئ، يجب أن يتم تصريفه إلى نظام الصرف الصحي للمبنى من خلال خط أنابيب صرف مجهز خصيصًا. في الطقس البارد، هناك خطر تجميد الرطوبة في جهاز الاسترداد والتسبب في تلف ميكانيكي (إزالة الجليد). بالإضافة إلى ذلك، فإن الجليد المتشكل يقلل بشكل كبير من كفاءة جهاز الاسترداد. لذلك، عند التشغيل في موسم البرد، تتطلب المبادلات الحرارية ذات الألواح المعدنية الموصلة للحرارة إزالة الجليد بشكل دوري مع تدفق هواء العادم الدافئ أو استخدام سخان ماء أو هواء كهربائي إضافي. في هذه الحالة، إما لا يتم توفير هواء الإمداد على الإطلاق، أو يتم توفيره للغرفة متجاوزًا جهاز الاسترداد من خلال صمام إضافي (تجاوز). متوسط ​​وقت تذويب الجليد من 5 إلى 25 دقيقة. لا يخضع المبادل الحراري المزود بألواح موصلة للحرارة مصنوعة من الورق المقوى والبلاستيك الرفيع للغاية للتجميد، حيث يحدث تبادل الرطوبة من خلال هذه المواد، ولكن له عيبًا آخر - لا يمكن استخدامه لتهوية الغرف ذات الرطوبة العالية من أجل تجفيفها. يمكن تركيب المبادل الحراري اللوحي في نظام الإمداد والعادم في الوضعين الرأسي والأفقي، اعتمادًا على متطلبات حجم غرفة التهوية. تعد أجهزة استعادة الألواح هي الأكثر شيوعًا بسبب بساطتها النسبية في التصميم وتكلفتها المنخفضة.

المسترد الدوارة.

وهذا النوع هو الثاني الأكثر انتشارًا بعد النوع الصفائحي. يتم نقل الحرارة من تدفق هواء إلى آخر من خلال أسطوانة مجوفة أسطوانية تسمى الدوار، تدور بين قسمي العادم والإمداد. يتم تعبئة الحجم الداخلي للدوار برقائق معدنية أو أسلاك معبأة بإحكام، والتي تلعب دور سطح نقل الحرارة الدوار. مادة الرقائق أو السلك هي نفس مادة لوحة استعادة - النحاس أو الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ. يحتوي الدوار على محور دوران أفقي لعمود الإدارة، يتم تدويره بواسطة محرك كهربائي مع التحكم في السائر أو العاكس. يمكن استخدام المحرك للتحكم في عملية الاسترداد. معدل الكفاءة 75-90%. تعتمد كفاءة جهاز الاسترداد على درجات حرارة التدفق وسرعتها وسرعة الدوار. من خلال تغيير سرعة الدوار، يمكنك تغيير كفاءة التشغيل. يتم استبعاد تجميد الرطوبة في الدوار، ولكن لا يمكن استبعاد اختلاط التدفقات وتلوثها المتبادل ونقل الروائح بشكل كامل، لأن التدفقات على اتصال مباشر مع بعضها البعض. من الممكن خلط ما يصل إلى 3٪. لا تتطلب المبادلات الحرارية الدوارة كميات كبيرة من الكهرباء وتسمح لك بتجفيف الهواء في الغرف ذات الرطوبة العالية. يعد تصميم أجهزة الاسترجاع الدوارة أكثر تعقيدًا من أجهزة استعادة الألواح، وتكلفتها وتكاليف تشغيلها أعلى. ومع ذلك، تحظى وحدات معالجة الهواء المزودة بمبادلات حرارية دوارة بشعبية كبيرة نظرًا لكفاءتها العالية.

المستردات مع المبرد المتوسط.

غالبًا ما يكون المبرد عبارة عن ماء أو محاليل مائية من الجليكول. يتكون جهاز التعافي هذا من مبادلين حراريين متصلين بواسطة خطوط أنابيب مع مضخة دورانية وتركيبات. يتم وضع أحد المبادلات الحرارية في قناة مع تدفق هواء العادم ويستقبل الحرارة منه. يتم نقل الحرارة عبر سائل التبريد باستخدام مضخة وأنابيب إلى مبادل حراري آخر موجود في قناة إمداد الهواء. يستقبل هواء الإمداد هذه الحرارة ويسخن. يتم استبعاد اختلاط التدفقات في هذه الحالة تمامًا، ولكن نظرًا لوجود مبرد وسيط، فإن معامل كفاءة هذا النوع من أجهزة الاسترداد منخفض نسبيًا ويصل إلى 45-55٪. يمكن أن تتأثر الكفاءة باستخدام المضخة من خلال التأثير على سرعة سائل التبريد. الميزة الرئيسية والفرق بين جهاز الاسترداد بمبرد وسيط وجهاز الاسترداد بأنبوب حراري هو أن المبادلات الحرارية في وحدات العادم والإمداد يمكن وضعها على مسافة من بعضها البعض. يمكن أن يكون موضع تركيب المبادلات الحرارية والمضخات وخطوط الأنابيب إما عموديًا أو أفقيًا.

مضخة الحرارة.

في الآونة الأخيرة نسبيًا، ظهر نوع مثير للاهتمام من أجهزة الاسترداد ذات المبرد المتوسط ​​- ما يسمى. المسترد الديناميكي الحراري، حيث يتم لعب دور المبادلات الحرارية السائلة والأنابيب والمضخة بواسطة آلة تبريد تعمل في مضخة الحرارة. هذا نوع من الجمع بين جهاز التعافي والمضخة الحرارية. وهو يتألف من مبادلين حراريين للتبريد - مبخر ومبرد هواء ومكثف وخطوط أنابيب وصمام ثرموستاتي وضاغط وصمام رباعي الاتجاه. توجد مبادلات حرارية في مجاري هواء الإمداد والعادم، ويعتبر الضاغط ضروريًا لضمان دوران مادة التبريد، ويقوم الصمام بتبديل تدفقات مادة التبريد حسب الموسم ويسمح بنقل الحرارة من هواء العادم إلى هواء الإمداد والعكس بالعكس. في هذه الحالة، يمكن أن يتكون نظام الإمداد والعادم من عدة وحدات إمداد ووحدة عادم واحدة ذات سعة أعلى، متحدة بواسطة دائرة تبريد واحدة. وفي الوقت نفسه، تتيح إمكانيات النظام تشغيل العديد من وحدات معالجة الهواء أوضاع مختلفة(تدفئة / تبريد) في وقت واحد. يمكن أن يصل معامل التحويل للمضخة الحرارية COP إلى قيم 4.5-6.5.

التعافي مع أنابيب الحرارة.

وفقًا لمبدأ التشغيل، يشبه جهاز الاسترداد المزود بأنابيب حرارية جهاز الاسترداد المزود بمبرد وسيط. والفرق الوحيد هو أنه لا يتم وضع مبادلات حرارية في تدفقات الهواء، ولكن ما يسمى بأنابيب الحرارة، أو بشكل أكثر دقة، ثرموسيفونات. من الناحية الهيكلية، هذه عبارة عن أقسام محكمة الغلق من الأنابيب ذات الزعانف النحاسية، ومملوءة من الداخل بفريون منخفض الغليان تم اختياره خصيصًا. يتم تسخين أحد طرفي الأنبوب الموجود في تدفق العادم، ويغلي الفريون في هذا المكان وينقل الحرارة الواردة من الهواء إلى الطرف الآخر من الأنبوب، الذي يتم نفخه بواسطة تدفق هواء الإمداد. وهنا يتكثف الفريون الموجود داخل الأنبوب وينقل الحرارة إلى الهواء الذي يسخن. يتم استبعاد الخلط المتبادل للتدفقات وتلوثها ونقل الروائح تمامًا. لا توجد عناصر متحركة، ويتم وضع الأنابيب في تدفقات عمودية فقط أو عند ميل طفيف بحيث يتحرك الفريون داخل الأنابيب من الطرف البارد إلى الطرف الساخن بسبب الجاذبية. معدل الكفاءة 50-70%. شرط مهملضمان تشغيلها: يجب أن تكون مجاري الهواء التي تم تركيب السيفونات الحرارية فيها عموديًا فوق الأخرى.

غرفة التعافي من النوع.

يتم تقسيم الحجم الداخلي (الغرفة) لمثل هذا المسترد إلى نصفين بواسطة المثبط. يتحرك المخمد من وقت لآخر، وبالتالي يغير اتجاه حركة العادم وتدفق الهواء. يقوم هواء العادم بتسخين نصف الغرفة، ثم يقوم المخمد بتوجيه تدفق هواء الإمداد هنا ويتم تسخينه بواسطة جدران الغرفة الساخنة. وتتكرر هذه العملية بشكل دوري. تصل نسبة الكفاءة إلى 70-80%. لكن التصميم يحتوي على أجزاء متحركة، وبالتالي هناك احتمال كبير للاختلاط المتبادل وتلوث التدفقات ونقل الروائح.

حساب كفاءة المسترد.

في المواصفات الفنيةبالنسبة لوحدات التهوية الاستردادية، توفر العديد من الشركات المصنعة عادةً قيمتين لمعامل الاسترداد - بناءً على درجة حرارة الهواء والمحتوى الحراري الخاص به. يمكن حساب كفاءة جهاز الاسترداد على أساس درجة الحرارة أو المحتوى الحراري للهواء. الحساب حسب درجة الحرارة يأخذ في الاعتبار المحتوى الحراري المعقول للهواء، وبواسطة المحتوى الحراري، يؤخذ محتوى الرطوبة في الهواء أيضًا في الاعتبار ( الرطوبة النسبية). يعتبر الحساب على أساس المحتوى الحراري أكثر دقة. للحساب، البيانات الأولية مطلوبة. يتم الحصول عليها عن طريق قياس درجة حرارة الهواء والرطوبة في ثلاثة أماكن: في الداخل (حيث توفر وحدة التهوية تبادل الهواء)، وفي الهواء الطلق، وفي المقطع العرضي لشبكة توزيع الهواء (من حيث يدخل الهواء الخارجي المعالج إلى الغرفة) . صيغة حساب كفاءة الاسترداد حسب درجة الحرارة هي كما يلي:

كيلوطن = (T4 – T1) / (T2 – T1)، أين

• كيلوطن- معامل كفاءة الاسترداد حسب درجة الحرارة؛
• T1- درجة حرارة الهواء الخارجي، درجة مئوية؛
• T2- درجة حرارة الهواء العادم (أي الهواء الداخلي)، درجة مئوية؛
• T4– درجة حرارة الهواء العرض، درجة مئوية.

المحتوى الحراري للهواء هو المحتوى الحراري للهواء، أي. كمية الحرارة الموجودة فيه لكل 1 كجم من الهواء الجاف. يتم تحديد المحتوى الحراري باستخدام مخططات الهويةحالة الهواء الرطب من خلال وضع علامات عليها بنقاط تتوافق مع درجة الحرارة والرطوبة المقاسة في الغرفة والخارج والهواء العرضي. معادلة حساب كفاءة الاسترداد بناءً على المحتوى الحراري هي كما يلي:

خ = (H4 – H1) / (H2 – H1)، أين

• خ- معامل كفاءة المسترد من حيث المحتوى الحراري؛
• H1- المحتوى الحراري للهواء الخارجي، كيلوجول/كجم؛
• H2- المحتوى الحراري للهواء العادم (أي الهواء الداخلي)، كيلوجول/كجم؛
• H4- المحتوى الحراري للهواء المصدر، كيلوجول/كجم.

الجدوى الاقتصادية لاستخدام وحدات معالجة الهواء مع الاسترداد.

على سبيل المثال، لنأخذ دراسة جدوى لاستخدام وحدات التهوية مع الاسترداد في الأنظمة تهوية العرض والعادممقر معرض السيارات.

البيانات الأولية:

• الكائن – معرض سيارات بمساحة إجمالية 2000 م2;
• متوسط ​​ارتفاع المبنى هو 3-6 م، ويتكون من اثنين قاعات المعرضومنطقة المكتب والمحطة صيانة(مائة)؛
• لتهوية الإمداد والعادم لهذه المباني، تم اختيار وحدات تهوية من نوع مجاري الهواء: وحدة واحدة بمعدل تدفق هواء 650 م3/ساعة واستهلاك طاقة 0.4 كيلوواط و5 وحدات بمعدل تدفق هواء 1500 م3/ساعة و استهلاك الطاقة 0.83 كيلو واط.
• النطاق المضمون لدرجات حرارة الهواء الخارجي لتركيبات مجاري الهواء هو (-15…+40) درجة مئوية.

لمقارنة استهلاك الطاقة، سوف نقوم بحساب قوة سخان الهواء الكهربائي، وهو ضروري لتسخين الهواء الخارجي في موسم البرد في وحدة معالجة الهواء التقليدية (تتكون من فحص الصمام(مرشح مجاري الهواء، ومروحة، وسخان هواء كهربائي) بتدفق هواء يبلغ 650 و1500 م3/ساعة على التوالي. وفي الوقت نفسه، تبلغ تكلفة الكهرباء 5 روبل لكل 1 كيلوواط*ساعة.

يجب تسخين الهواء الخارجي من -15 إلى +20 درجة مئوية.

تم حساب قوة سخان الهواء الكهربائي باستخدام معادلة التوازن الحراري:

Qн = G*Cp*T، W، أين:

• Qn- قوة سخان الهواء، W؛
• ز- تدفق الهواء الشامل من خلال سخان الهواء، كجم / ثانية؛
• تزوج- السعة الحرارية المتساوية النوعية للهواء. Сω = 1000 كيلو جول/كجم*ك;
• ت– الفرق في درجة حرارة الهواء عند مخرج سخان الهواء والمدخل.

T = 20 – (-15) = 35 درجة مئوية.

1. 650 / 3600 = 0.181 م3/ثانية

ع = 1.2 كجم/م3 – كثافة الهواء.

G = 0.181*1.2 = 0.217 كجم/ثانية

Qn = 0.217*1000*35 = 7600 واط.

2. 1500 / 3600 = 0.417 م3/ثانية

G = 0.417*1.2 = 0.5 كجم/ثانية

Qn = 0.5*1000*35 = 17500 واط.

وبالتالي فإن استخدام الوحدات الأنبوبية ذات خاصية استرداد الحرارة في موسم البرد بدلاً من الوحدات التقليدية التي تستخدم سخانات الهواء الكهربائية يجعل من الممكن تقليل تكاليف الطاقة بنفس كمية الهواء المزود بأكثر من 20 مرة وبالتالي تقليل التكاليف وبالتالي زيادة الربح. من وكالة السيارات. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام وحدات الاسترداد يجعل من الممكن تقليل التكاليف المالية للمستهلك لموارد الطاقة اللازمة لتدفئة المباني في موسم البرد وتكييف الهواء في الموسم الدافئ بنسبة 50٪ تقريبًا.

لمزيد من الوضوح، سنقوم بإجراء تحليل مالي مقارن لاستهلاك الطاقة لأنظمة تهوية الإمداد والعادم لمباني بيع السيارات، المجهزة بوحدات استرداد الحرارة من نوع مجاري الهواء والوحدات التقليدية المزودة بسخانات هواء كهربائية.

البيانات الأولية:

النظام 1.

منشآت مع استرداد الحرارة بمعدل تدفق 650 م3/ساعة – وحدة واحدة. و 1500 م3/ساعة – 5 وحدات.

إجمالي استهلاك الطاقة الكهربائية سيكون: 0.4 + 5*0.83 = 4.55 كيلوواط*ساعة.

النظام 2.

وحدات تهوية تقليدية للإمداد والعادم - وحدة واحدة. بمعدل تدفق 650 م3/ساعة و5 وحدات. معدل التدفق 1500 م3/ساعة

المجموع الطاقة الكهربائيةالتركيب عند 650 م3/ساعة سيكون:

• المراوح - 2*0.155 = 0.31 كيلووات*ساعة؛
• محركات الأتمتة والصمامات – 0.1 كيلووات*ساعة؛
• سخان الهواء الكهربائي – 7.6 كيلو واط*ساعة؛

الإجمالي: 8.01 كيلوواط*ساعة.

الطاقة الكهربائية الإجمالية للمحطة 1500 م3/ساعة ستكون:

• المراوح – 2*0.32 = 0.64 كيلووات*ساعة؛
• محركات الأتمتة والصمامات – 0.1 كيلووات*ساعة؛
• سخان هواء كهربائي – 17.5 كيلو واط*ساعة.

الإجمالي: (18.24 كيلووات*ساعة)*5 = 91.2 كيلووات*ساعة.

الإجمالي: 91.2 + 8.01 = 99.21 كيلوواط*ساعة.

نفترض أن مدة استخدام التدفئة في أنظمة التهوية هي 150 يوم عمل في السنة لمدة 9 ساعات. نحصل على 150*9=1350 ساعة.

سيكون استهلاك الطاقة للمنشآت مع الاسترداد: 4.55 * 1350 = 6142.5 كيلوواط

ستكون تكاليف التشغيل: 5 روبل * 6142.5 كيلووات = 30712.5 روبل. أو من الناحية النسبية (إلى المساحة الإجمالية لبيع السيارات 2000 م 2) 30172.5 / 2000 = 15.1 فرك / م 2.

سيكون استهلاك الطاقة للأنظمة التقليدية: 99.21 * 1350 = 133933.5 كيلووات وستكون تكاليف التشغيل: 5 روبل * 133933.5 كيلووات = 669667.5 روبل. أو من الناحية النسبية (إلى المساحة الإجمالية لبيع السيارات البالغة 2000 م2) 669667.5 / 2000 = 334.8 روبل / م2.

بيئة الاستهلاك. العقار: فقدان الحرارة – مشكلة خطيرةالذي يعاني منه علم البناء. العزل الفعال نوافذ مختومةوالأبواب لا تحلها إلا جزئيا. يمكن تقليل تسرب الحرارة عبر الجدران والنوافذ والأسقف والأرضيات بشكل كبير. على الرغم من ذلك، لا يزال أمام الطاقة طريق أوسع للهروب. هذه تهوية لا يمكن الاستغناء عنها في أي مبنى.

يعد فقدان الحرارة مشكلة خطيرة يعاني منها علم البناء. العزل الفعال والنوافذ والأبواب المغلقة لا تحل هذه المشكلة إلا جزئيًا. يمكن تقليل تسرب الحرارة عبر الجدران والنوافذ والأسقف والأرضيات بشكل كبير. على الرغم من ذلك، لا يزال أمام الطاقة طريق أوسع للهروب. هذه تهوية لا يمكن الاستغناء عنها في أي مبنى.

اتضح أننا في فصل الشتاء ننفق الوقود الثمين على غرف التدفئة وفي نفس الوقت نطرد الحرارة باستمرار إلى الخارج، مما يسمح بدخول الهواء البارد.

يمكن حل مشكلة توفير الطاقة باستخدام جهاز استرداد الحرارة. في هذا الجهاز، يقوم الهواء الداخلي الدافئ بتسخين الهواء الخارجي. وهذا يحقق وفورات كبيرة في تكاليف التدفئة (تصل إلى 25% من التكلفة الإجمالية).

في الصيف، عندما يكون الجو حارًا في الخارج ويعمل مكيف الهواء في المنزل، فإن جهاز التعافي يجلب فوائد أيضًا. فهو يبرد التيار الساخن الوارد، مما يقلل من تكاليف تكييف الهواء.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على وحدات استعادة الحرارة المنزلية للحصول على فكرة عن هيكلها ومزاياها وميزات الاختيار.

أنواع ومبدأ التشغيل وتصميم أجهزة الاسترداد

تبين أن فكرة استخدام حرارة الهواء الداخلي لتسخين الهواء الخارجي كانت مثمرة للغاية. وكان الأساس لتشغيل جميع المتعافين.

اليوم، يتم استخدام ثلاثة أنواع من هذه الأجهزة:

• رقائقي.
• دوارة.
• إعادة تدوير المياه.

الأكثر شيوعًا والأبسط في التصميم هي أجهزة استعادة الألواح. فهي غير متطايرة وصغيرة الحجم وموثوقة في التشغيل ولها كفاءة عالية إلى حد ما (40-65٪).

جزء العمل الرئيسي لمثل هذا الجهاز هو الكاسيت الذي يتم تركيب اللوحات المتوازية داخله. يتم قطع الهواء الخارج من الغرفة والدخول إليها إلى تيارات ضيقة، كل منها يمر عبر قناته الخاصة. يحدث التبادل الحراري من خلال اللوحات. يتم تسخين هواء الشارع، ويبرد الهواء الداخلي وينطلق في الغلاف الجوي.

مبدأ تشغيل جهاز استعادة الألواح

العيب الرئيسي لتركيبات الألواح هو التجميد في الصقيع الشديد. يتحول ترسب المكثفات في وحدة الاسترداد إلى ثلج ويقلل بشكل حاد من أداء الجهاز. وقد تم العثور على ثلاث طرق لمكافحة هذه الظاهرة.

الأول هو تركيب صمام الالتفافية. بعد تلقي إشارة من المستشعر، فإنه يسمح للتدفق البارد بتجاوز الكتلة. يمر الهواء الدافئ فقط عبر الألواح، مما يؤدي إلى إذابة الجليد. بعد إزالة الجليد وتصريف المكثفات، يستعيد الصمام التشغيل الطبيعي للنظام.

الخيار الثاني هو استخدام الألواح المصنوعة من السليلوز المسترطب. يتم امتصاص الماء المترسب على جدران الكاسيت فيها ويتغلغل في القنوات التي يتحرك من خلالها هواء الإمداد. وهذا يحل مشكلتين في وقت واحد: القضاء على التكثيف والترطيب.

الطريقة الثالثة هي تسخين التيار البارد إلى درجة حرارة تمنع الماء من التجمد. للقيام بذلك، الخادم التهوية لاصقتثبيت عنصر التدفئة. تنشأ الحاجة إليه عندما تكون درجة حرارة الهواء الخارجي أقل من -10 درجة مئوية.

في السنوات الأخيرة، ظهرت الوحدات القابلة للانعكاس في السوق. على عكس أجهزة التدفق المباشر، فإنها تعمل في خطوتين: الأولى هي إطلاق الهواء الدافئ إلى الشارع، والثانية هي شفط الهواء البارد من خلال كتلة ساخنة.

مبدأ التشغيل للتركيب القابل للعكس

نوع آخر من التثبيت - المستردات الدوارة. كفاءة هذه الأجهزة أعلى بكثير من كفاءة الأجهزة اللوحية (74-87٪).

مبدأ التشغيل التثبيت الدواريتكون من تدوير الكاسيت مع الخلايا في تدفق الهواء الوارد والصادر. تتحرك القنوات في دائرة، وتمر بالتناوب بالتدفقات الخارجية الداخلية والباردة الدافئة. في هذه الحالة، لا تتجمد الرطوبة، ولكنها تشبع الهواء العرضي.

تجدر الإشارة إلى أن وحدة الإمداد والعادم المزودة بجهاز استرداد من النوع الدوار تسمح لك بتنظيم نقل الحرارة بسلاسة. يتم ذلك عن طريق تغيير سرعة دوران الكاسيت. العيب الرئيسي للأنظمة الدوارة هو ارتفاع تكلفة الصيانة. من حيث الموثوقية، فهي أيضا أقل شأنا من تلك الموجودة في اللوحة.

النوع التالي هو تركيب المياه المعاد تدويرها. إنه الأكثر تعقيدًا في التصميم. لا يتم نقل الحرارة هنا من خلال الألواح أو الدوار، ولكن بمساعدة مضاد التجمد أو الماء.

يتم تركيب المبادل الحراري الأول للهواء السائل على قناة العادم، والثاني على قناة الشفط. يتم تنفيذ العمل وفقًا لمبدأ السخان: الهواء الداخلي يسخن الماء ويسخن الهواء الخارجي.

كفاءة مثل هذا النظام لا تتجاوز كفاءة أجهزة استعادة الألواح (50-65%). إن السعر المرتفع الذي يتعين على المرء دفعه مقابل تعقيد التصميم له ما يبرره بالميزة الوحيدة: لا يمكن وضع وحدات هذا التثبيت في مبنى واحد، ولكن في مناطق تهوية العرض والعادم البعيدة عن بعضها البعض. بالنسبة للأنظمة الصناعية القوية، فإن هذا موجود أهمية عظيمة. لا يتم تثبيت هذه الأجهزة في المباني الصغيرة.

ميزات اختيار التعافي

بعد أن أصبحت على دراية بميزات تشغيل وحدات الاسترداد، فقد حان الوقت للانتقال إلى الجزء العملي – معايير الاختيار لأداء مهام محددة.

أول شيء يجب عليك الانتباه إليه هو طريقة التثبيت. يمكن تركيب تهوية الإمداد المنزلي والعادم مع استعادة الحرارة في موضع عملها بعدة طرق:

• داخل الجدار. يتم تركيب السكن في حفرة محفورة مسبقًا. يتم وضع غطاء من الخارج وشبكة ووحدة تحكم من الداخل.

• في الداخل. يتم تعليق التثبيت على الحائط. يتم وضع شبكة أو غطاء في الخارج.

• التنسيب في الهواء الطلق. مزايا هذا الحل واضحة: الحد الأدنى من الضوضاء وتوفير المساحة. يسمح تصميم مجاري الجهاز بوضعه على الشرفات والممرات، وكذلك ببساطة على واجهة المبنى.

هناك معلمة أخرى يجب مراعاتها عند الشراء وهي عدد المعجبين. تم تجهيز أجهزة استعادة الهواء الاقتصادية للمنزل بواحدة وحدة التهوية، تعمل على حد سواء للتدفق والعادم.

الأجهزة الأكثر تكلفة بها مروحتان. أحدهما يضخ الهواء والآخر يخرجه. أداء هذه الأجهزة أعلى من أداء الأجهزة ذات المروحة الواحدة.

عند الشراء، يجب عليك أيضًا الانتباه إلى التوفر سخان كهربائي. وبمساعدتها، يتم منع تجميد الكاسيت وزيادة الحد الأدنى لدرجة الحرارة لتشغيل الجهاز.

وظيفة التحكم في المناخ. يسمح لك بضبط درجة الحرارة التي سيقوم جهاز التعافي بتسخين الهواء بها بدقة.

إمكانية التحكم في الرطوبة. تؤثر هذه المعلمة بشكل كبير على راحة المناخ المحلي. يقوم جهاز الاسترداد القياسي بتجفيف الهواء وإزالة الرطوبة منه.

وجود أو عدم وجود مرشح. خيار إضافيمما له تأثير إيجابي على الخصائص الصحية لخليط الهواء.

من المعلمات المهمة التي تتطلب الاهتمام هي درجة حرارة الهواء الذي يتم ضخه. في نماذج مختلفة، قد تختلف قيمتها بشكل كبير. يعد أوسع نطاق ممكن لدرجات حرارة التشغيل من -40 إلى +50 درجة مئوية أمرًا نادرًا بالنسبة للأجهزة المنزلية.

لذلك، بالإضافة إلى مراعاة الأداء الأمثل بالمتر المكعب / الساعة، عند الشراء، اختر جهازًا يمكنه العمل بشكل كامل في الظروف المناخية الخاصة بك.

حساب الأداء

الحسابات التفصيلية لتشغيل أجهزة الاسترداد في نظام تهوية الإمداد والعادم معقدة للغاية. وهنا علينا أن نأخذ في الاعتبار العديد من العوامل: وتيرة تبادل الهواء في المبنى، والمقطع العرضي للقنوات، وسرعة حركة الهواء، والحاجة إلى تركيب كاتمات الصوت، وما إلى ذلك. فقط المهندسين ذوي الخبرة يمكنهم أداء هذه المهمة بكفاءة.

يمكن للمستهلك العادي استخدام طريقة مبسطة للتنقل بشكل صحيح عند شراء الجهاز.

يعتمد أداء جهاز التعافي بشكل مباشر على المعيار الصحي لتدفق الهواء للشخص الواحد. متوسط ​​قيمته 30م3/ساعة. لذلك، إذا كان 4 أشخاص يعيشون بشكل دائم في شقة أو منزل خاص، فيجب أن تكون إنتاجية التثبيت على الأقل 4 × 30 = 120 م 3 / ساعة.

الطاقة الكهربائية الخاصة بأجهزة التعافي المنزلية صغيرة (25-80 واط). يتم تحديده حسب مستوى استهلاك الطاقة لمراوح القنوات. في التركيبات ذات التسخين الكهربائي للتدفق الوارد، يتم تثبيت عناصر التسخين بقدرة إجمالية تتراوح من 0.8 إلى 2.0 كيلو واط.

ماركات مشهورة وأسعار تقريبية

عند اختيار جهاز التعافي المنزلي، يجب عليك التركيز على الشركات المصنعة والموديلات التي حصلت على تقييمات عالية من العملاء. على سبيل المثال، يمكننا أن نذكر المنتجات شركات اجنبيةالكترولوكس (الكترولوكس)، ميتسوبيشي (ميتسوبيشي)، مارلي (مارلي).

جهاز الاسترداد للمباني الصغيرة Mitsubishi Electric VL-100EU5-E. استهلاك الهواء 105 م3/ساعة. السعر من 21000 فرك.

نموذج شعبي من إلكترولوكس. سعر التجزئة المقدر من 42000 روبل.

تبدأ علامات الأسعار لعام 2017 للتركيبات المنزلية لهذه العلامات التجارية من 22000 روبل وتنتهي عند 60000 روبل.

مارلي MENV-180. استهلاك الهواء 90 م3/ساعة. التكلفة من 27500 فرك.

لقد أثبتت معدات الشركات الروسية والأوكرانية Vents (Vents) و Vakio (Vakio) و Prana و Zilant نفسها بشكل جيد. ليست أقل شأنا من نظائرها الأجنبية من حيث الأداء والموثوقية، فهي في كثير من الأحيان أكثر بأسعار معقولة.

تركيب فاكيو. القدرة 60 م3/ساعة في وضع الاسترداد، وتصل إلى 120 م3/ساعة في تهوية العرض. السعر من 17000 فرك.

وتتراوح التكلفة التقديرية لأنظمة استعادة الهواء من هذه الشركات (سعة من 120 إلى 250 م3/ساعة) من 17000 إلى 55000 روبل.

برافا 200 جرام. التدفق - 135 م3/ساعة، العادم - 125 م3/ساعة. المساحة الموصى بها لخدمة النظام تصل إلى 60 مترًا مربعًا.

طبيعة المراجعات حول أجهزة استعادة الهواء إيجابية في الغالب. يلاحظ العديد من المالكين أنه بمساعدتهم تم حل مشكلة الرطوبة الزائدة التي تسببت في ظهور العفن والعفن الفطري في المبنى.

في حسابات فترة الاسترداد لهذه المعدات، يتم تقديم أرقام من 3 إلى 7 سنوات. لم نعثر على أي بيانات من القياسات الآلية فيما يتعلق بتوفير الطاقة الحقيقي في المنتديات المخصصة لهذا الموضوع.

باختصار عن التجميع الذاتي

في معظم الصور وتعليمات الفيديو ل الإنتاج الذاتيتعتبر نماذج اللوحات مخصصة لأجهزة التعافي. هذا هو الخيار الأبسط والأكثر تكلفة للحرفي المنزلي.

الجزء الرئيسي من الهيكل هو المبادل الحراري. وهي مصنوعة من الفولاذ المجلفن، مقطعة إلى ألواح قياس 30x30 سم، ولإنشاء قنوات عند الحواف وفي منتصف كل قسم، يتم لصق شرائح بلاستيكية بسمك 4 مم وعرض 2-3 سم بالسيليكون.

يتم تجميع المبادل الحراري عن طريق وضع الألواح وتدويرها بالتناوب بزاوية 90 درجة بالنسبة لبعضها البعض. وهذا يخلق قنوات معزولة لحركة الهواء البارد والدافئ القادمة.

بعد ذلك، يتم تصنيع غلاف مصنوع من المعدن أو اللوح أو البلاستيك ليناسب أبعاد المبادل الحراري. هناك أربع فتحات لإمداد الهواء. اثنان منهم لديهم معجبين. يتم تدوير المبادل الحراري بزاوية 45 درجة ويتم تثبيته في السكن.

يتم الانتهاء من العمل عن طريق إغلاق جميع وصلات التثبيت تمامًا بالسيليكون.