Тепловое колесо , также известное как роторный теплообменник , или роторная воздух-воздух энтальпии колесо , энергия колесо восстановления или тепло колесо восстановления , представляет собой тип рекуперации энергии теплообменника , расположенный внутри подающие и вытяжной воздух потоки воздухо- агрегаты обработки или установки на крыше или в выхлопных газах промышленного процесса для рекуперации тепловой энергии. Другие варианты включают колеса энтальпии и осушающие колеса . Специальное тепловое колесо для охлаждения иногда называют колесом Киото .
Описание
Тепловое колесо состоит из круглой сотовой матрицы из теплопоглощающего материала, который медленно вращается в потоках приточного и вытяжного воздуха системы кондиционирования воздуха. Когда тепловое колесо вращается, тепло улавливается из потока отработанного воздуха на одной половине оборота и передается потоку свежего воздуха на другой половине оборота. Таким образом, отработанная тепловая энергия от потока отработанного воздуха передается материалу матрицы, а затем от материала матрицы к потоку свежего воздуха. Это увеличивает температуру приточного воздушного потока на величину, пропорциональную разнице температур между воздушными потоками или «температурному градиенту» и в зависимости от эффективности устройства. Теплообмен наиболее эффективен, когда потоки текут в противоположных направлениях , поскольку это вызывает благоприятный температурный градиент по толщине колеса. Принцип работает в обратном направлении, и «охлаждающая» энергия может быть возвращена в поток приточного воздуха, если это необходимо, и перепад температур позволяет.
Матрица теплообмена может быть из алюминия, пластика или синтетического волокна. Теплообменник приводится во вращение небольшим электродвигателем и системой ременной передачи. Частота вращения двигателей часто регулируется инвертором для улучшения контроля температуры выходящего воздуха. Если теплообмен не требуется, двигатель можно полностью остановить.
Поскольку тепло передается от потока отработанного воздуха к потоку приточного воздуха, не проходя напрямую через обменную среду, общий КПД обычно выше, чем у любой другой системы рекуперации тепла на стороне воздуха. Меньшая глубина теплообменной матрицы по сравнению с пластинчатым теплообменником означает, что падение давления через устройство обычно меньше по сравнению с этим. Обычно тепловое колесо выбирается для забойных скоростей от 1,5 до 3,0 метров в секунду (от 4,9 до 9,8 футов / с), и при равных объемных расходах воздуха можно ожидать общей «ощутимой» эффективности 85%. Хотя для вращения колеса требуется небольшое количество энергии, потребление энергии двигателем обычно невелико и мало влияет на сезонную эффективность устройства. Возможность рекуперации «скрытого» тепла может повысить общий КПД на 10–15%.
Процесс передачи энергии
Обычно теплообмен между воздушными потоками, обеспечиваемый устройством, называется « ощутимым », то есть обмен энергией или энтальпией , приводящий к изменению температуры среды (в данном случае воздуха), но без изменения содержания влаги. . Однако, если уровень влажности или относительной влажности в потоке возвратного воздуха достаточно высок, чтобы позволить конденсацию в устройстве, то это вызовет выделение « скрытого » тепла, и материал теплопередачи будет покрыт пленкой из вода. Несмотря на соответствующее поглощение скрытой теплоты, поскольку часть водной пленки испаряется в противоположном воздушном потоке, вода снижает тепловое сопротивление пограничного слоя материала теплообменника и, таким образом, улучшает коэффициент теплопередачи устройства, и следовательно, повысить эффективность. Энергетический обмен в таких устройствах теперь включает как явную, так и скрытую теплопередачу; Помимо изменения температуры, также изменяется влажность воздушных потоков.
Однако пленка конденсации также немного увеличит падение давления в устройстве, и в зависимости от расстояния между матричным материалом это может увеличить сопротивление до 30%. Это увеличит потребление энергии вентилятором и снизит сезонную эффективность устройства.
Алюминиевые матрицы также доступны с нанесенным гигроскопичным покрытием, и его использование или использование матриц из пористого синтетического волокна позволяет адсорбировать и выделять водяной пар при уровнях влажности намного ниже, чем обычно требуется для конденсации и скрытой теплоты. передача происходить. Преимуществом этого является еще более высокая эффективность теплопередачи, но это также приводит к сушке или увлажнению воздушных потоков, что также может быть желательным для конкретного процесса, обслуживаемого приточным воздухом.
По этой причине эти устройства также широко известны как колесо энтальпии .
Использование в газовых турбинах
Во время интереса автомобильной промышленности к газовым турбинам для двигателей транспортных средств (около 1965 г.) компания Chrysler изобрела уникальный тип роторного теплообменника [1], который состоял из вращающегося барабана, изготовленного из гофрированного металла (похожего по внешнему виду на гофрированный картон). Этот барабан непрерывно вращался редукторами, приводимыми в действие турбиной. Горячие выхлопные газы направлялись через часть устройства, которая затем вращалась в часть, через которую проходил всасываемый воздух, где этот всасываемый воздух нагревался. Эта рекуперация тепла сгорания значительно повысила эффективность газотурбинного двигателя. Этот двигатель оказался непрактичным для автомобильного применения из-за его низкого крутящего момента на низких оборотах. Даже такой эффективный двигатель, если он достаточно большой для обеспечения надлежащей производительности, будет иметь низкую среднюю топливную эффективность . Такой двигатель в будущем может стать привлекательным в сочетании с электродвигателем в гибридном транспортном средстве благодаря его высокой долговечности и способности сжигать самые разные жидкие топлива. [ оригинальное исследование? ]
Колесо осушителя
Осушитель колесо очень похоже на тепловое колесо, но с покрытием применяется для единственной цели осушения, или «сушки», потока воздуха. Осушитель обычно представляет собой силикагель . Когда колесо вращается, осушитель попеременно проходит через входящий воздух, где влага адсорбируется , и через зону «регенерации», где осушитель сушится, а влага удаляется. Колесо продолжает вращаться, и процесс адсорбции повторяется. Регенерация обычно осуществляется с помощью нагревательного змеевика, такого как водяной или паровой змеевик, или газовой горелки прямого действия.
Термические колеса и колеса осушителя часто используются в последовательной конфигурации для обеспечения необходимого осушения, а также для рекуперации тепла из цикла регенерации.
Недостатки
Тепловые колеса не подходят для использования там, где требуется полное разделение потоков приточного и вытяжного воздуха, поскольку воздух будет проходить в обход на границе между воздушными потоками на границе теплообменника и в точке, где колесо переходит от одного воздушного потока к теплообменнику. другой во время его нормального вращения. Первое уменьшается за счет щеточных уплотнений, а второе уменьшается за счет небольшой продувочной секции, образованной металлизацией небольшого сегмента колеса, обычно в потоке отработанного воздуха.
Матрицы, изготовленные из волокнистых материалов или с гигроскопическими покрытиями для передачи скрытого тепла, гораздо более подвержены повреждению и разложению в результате « загрязнения », чем простые металлические или пластмассовые материалы, и их трудно или невозможно эффективно очистить в случае загрязнения. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы правильно фильтровать воздушные потоки со стороны выпускного и свежего воздуха колеса. Любая грязь, скапливающаяся с любой стороны с воздуха, неизменно переносится в воздушный поток с другой стороны.
Другие типы воздухо-воздушных теплообменников
- Бегать по катушке
- Рекуператор или крестообразный пластинчатый теплообменник
- Тепловая труба
Смотрите также
Рекомендации
Внешние ссылки
- Колеса энтальпии в энергетической библиотеке Apogee
- Исследование об использовании колес энтальпии в аэропортах от Государственного университета Сан-Хосе
- Данные колеса энтальпии из Live Building в Королевском университете