Утилизация теплоты вентиляционных выбросов

Проблема утилизации теплоты вентиляционных выбросов - это во многом проблема трассировки воздуховодов, если иметь в виду существующие схемы приточной и вытяжной вентиляции. Основными типами вентиляционных теплообменников являются [1]: пластинчатые рекуперативные, регенеративные роторные, тепловые трубы, водяные циркуляционные системы. Лишь последний тип теплообменников не требует смежного расположения воздуховодов.

Пластинчатые теплообменники

Наиболее распространенными являются пластинчатые рекуперативные теплообменники. Типовая схема рекуперативной установки на базе пластинчатого теплообменника представлена на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Типовая схема рекуперативной установки на базе пластинчатого теплообменника

 

Основные преимущества пластинчатых теплообменников [1]:

1. Пластинчатые теплообменники имеют простейшее устройство и не содержат движущихся частей.

2. Исключено загрязнение приточного воздуха за счет утечек на вытяжке.

3. Практически отсутствует необходимость технического обслуживания, за

исключением случаев установки оборудования в условиях особо загрязненной воздушной среды.

4.В связи с отсутствием дополнительных потребителей электрической энергии минимальное увеличение потребляемых кВт•ч, затрачиваемых вентиляторами на преодоление незначительной добавленной потери напора на притоке и вытяжке.

Основные недостатки:

1.Использование возможно при условии пересекающихся между собой приточного и вытяжного воздуховодов.

2.При условиях, способствующих обмерзанию теплообменника в зимний период, необходимо периодически на притоке осуществлять автоматическую остановку вентилятора либо использовать байпас.

В настоящее время появились приточно-вытяжные агрегаты, в которых и приточное, и вытяжное устройство объединены в один блок. Вентиляционные агрегаты Hoval LHW (Дания) предназначены для утилизации теплоты вентиляционных выбросов промышленных зданий, они выполняют три основные функции: вентиляция, нагрев, охлаждение. В агрегате имеются приточный и вытяжной вентиляторы, которые работают с установленным расходом воздуха. В зависимости от рабочих условий возможны режимы подачи наружного и рециркуляционного воздуха.

Приточный воздух, поступающий в агрегат, можно нагревать до требуемой температуры в водяном калорифере. При использовании в качестве энергоносителя холодной воды возможно охлаждать воздушную среду в помещении. Агрегаты Hoval LHW поставляются двух типоразмеров: с расходом воздуха 5500 и 8000 м3/ч.

Дополнительные преимущества агрегатов LHW: энергосбережение за счет высокоэффективной рекуперации теплоты вытяжного воздуха; комфортное воздухораспределение без ощущения сквозняков; централизованное автоматическое управление; экономия полезной площади и финансовых затрат благодаря подпотолочному монтажу агрегатов.

Агрегат Hoval LHW состоит из двух блоков - верхнего и нижнего. В верхнем блоке размещены (рис. 5.6) приточный центробежный вентилятор 1 с

двойным всасывающим патрубком и непосредственным приводом от электродвигателя, вытяжной вентилятор 2, пластинчатый теплообменник для рекуперации тепла 3, выполненный из алюминиевых прессованных пластин, сборник конденсата 4; воздушные, байпасные и рециркуляционные клапаны, фильтр наружного воздуха 5.

Нижний блок устанавливается через крышу внутри помещения. Блок включает секцию фильтра 6, секцию воздухонагревателя или воздухо-охладителя 7 и воздухораспределитель 8 обеспечивающий равномерное распре-деление воздушного потока.

Наружный воздух, забираемый приточным вентилятором, проходит через фильтр наружного воздуха и подается на нагревательный теплообменник. Расход приточного воздуха регулируется клапаном наружного воздуха. Воздух, удаляемый вытяжным вентилятором из помещения, проходит последовательно через фильтр, а затем пластинчатый теплообменник.

При расходе воздуха 8000 м3/ч и нагреве приточного воздуха от 7 до 18°С тепловая мощность одного агрегата составляет

около 30 кВт. Вентиляционные агрегаты Hoval могут работать в следующих режимах: вентиляция с нагревом воздуха и рекуперацией теплоты; вентиляция только с рекуперацией теплоты; вентиляция без нагрева и без рекуперации теплоты; рециркуляция с нагревом воздуха; режим вытяжки; режим охлаждения помещения.

Для утилизации теплоты вентиляционного воздуха в жилых помещениях фирмой Wiessmann разработан агрегат Vitovent - 300 (рис. 5.7). Регенерация

 

Рис. 5.6. Схема вентиляционного агрегата Hoval LHW:

1 - приточный вентилятор; 2 - вытяжной вентилятор; 3 - пластинчатый теплообменник; 4 - сборник конденсата; 5 - фильтр наружного воздуха; 6 - фильтр удаляемого воздуха;

7 - воздухонагреватель; 8 - воздухораспределитель

 

Рис. 5.7. Вентиляционный агрегат фирмы Wiessmann:

1 – вентилятор приточного воздуха; 2– фильтр отходящего воздуха; 3 – фильтр наружного воздуха; 4 – противоточный теплообменник; 5 – вентилятор отходящего воздуха

более 90 % теплоты удаляемого воздуха позволяет снизить затраты на отопление на 35 %. Тепловая мощность агрегатов подобного типа при расходах воздуха от 50 до 250 м3/ч находится в диапазоне от 0,8 до 3,8 кВт.

 

Роторные теплообменники

Ротор снабжен насадкой, обладающей высокой теплоемкостью, которая при использовании противоточной схемы попеременно нагревается и охлаждается тепловыделяющим и теплопоглощающим воздушными потоками. Типовая схема регенеративной установки на базе роторного теплообменника представлена на рис. 5.8. В зависимости от параметров воздуха и свойств используемой насадки процесс теплопереноса может также в той или иной степени сопровождаться переносом влаги.

Рис. 5.8. Типовая схема рекуперативной установки на базе роторного теплообменника

 

Основные преимущества:

1.Возможность использования роторов различного типа обеспечивает широкий спектр практических приложений;

2.Благодаря тому, что процесс тепломассообмена осуществляется по большой удельной поверхности используемой насадки, агрегат в целом имеет минимальные габариты;

3.Регулирование скорости вращения ротора позволяет управлять общей

эффективностью рекуператора.

Основные недостатки:

1.Использование возможно при условии параллельного расположения приточного и вытяжного воздуховодов в непосредственной близости друг от друга.

2.Имеет место дополнительный расход электроэнергии, потребляемой приводом ротора и вентиляторами на преодоление добавленной потери напора на притоке и вытяжке.

3. Загрязненный воздух частично переносится из вытяжки в приток.

В нашей стране в 1980-х годах был разработан регенеративный вращающийся теплообменник РТ-12. Ротор теплообменника – пакеты из гладких и гофрированных листов картона толщиной около 0,1 мм. Производительность установки предназначенной для утилизации теплоты вентиляционных выбросов составляет 20 тыс. м3/ч, при этом она возвращает 70¸75 % отбросной теплоты, что соответствует экономии около 90 т условного топлива в год.

Водяные циркуляционные системы

Водяные циркуляционные системы включают два оребренных теплообменника типа «вода-воздух», объединенных между собой гидравлическим контуром, в котором осуществляется прокачка воды или водо-гликолевой смеси. Теплообменники размещаются в приточном и вытяжном воздуховоде, которые могут быть разнесены между собой на определенное расстояние. Типовая схема водяной циркуляционной системы представлена на рис.5.9.

Рис. 5.9. Типовая схема водяной циркуляционной системы

 

Тепло, поглощаемое из одного воздушного потока, промежуточным теплоносителем переносится во второй теплообменник, через который передается другому воздушному потоку.

Основные преимущества:

1.Отсутствует необходимость смежного расположения приточного и вытяж-

ного воздуховодов, что исключает надобность изменения их трассировки

при реконструкции существующих систем вентиляции и кондиционирования

воздуха.

2.Перетекание загрязненного воздуха из вытяжки в приток полностью исключено, поскольку они изолированы между собой через промежуточный теплоноситель.

Основные недостатки:

1.Высокий дополнительный расход электроэнергии, потребляемой циркуля-

ционным насосом, который в сумме со сравнительно небольшим дополнительным расходом электроэнергии, потребляемой вентиляторами на преодоление добавленной потери напора на притоке и вытяжке, при определенных обстоятельствах делает достигаемую рекуперацию тепла экономически нецелесообразной.

2.Наличие циркуляционного насоса и большого количества запорнорегулирующей арматуры обуславливают необходимость эксплуатационного технического обслуживания в значительных объемах.

Тепловые трубы

Тепловые трубы представляют собой фреоновый контур, в котором осуществляются фазовые переходы теплоносителя из жидкого в газообразное состояние и обратно. Типовая схема тепловой трубы представлена на рис. 5.10. Тепло, поглощаемое из одного воздушного потока с использованием промежуточного теплоносителя, осуществляющего указанные фазовые переходы за счет протекания через разделительную капиллярную трубку, передается другому воздушному потоку. Перетекание загрязненного воздуха из вытяжки в приток полностью исключено, поскольку они изолированы между собой через промежуточный теплоноситель. Среди других средств рекуперации тепловые трубы отличаются наибольшей компактностью. Использование их возможно при условии параллельного расположения приточного и вытяжного воздуховодов, непосредственно примыкающих друг к другу.

 

Рис. 5.10 Схема теплообменника с тепловой трубой


Глава 6. Глубокое охлаждение продуктов сгорания