Koło termiczne
Koło termiczne , znane również jako obrotowy wymiennik ciepła lub obrotowe koło entalpii powietrze-powietrze , koło do odzyskiwania energii lub koło do odzyskiwania ciepła , jest rodzajem wymiennika ciepła do odzyskiwania energii , umieszczonego w strumieniach powietrza nawiewanego i wywiewanego powietrza- w jednostkach przeładunkowych lub jednostkach dachowych lub w gazach odlotowych procesu przemysłowego w celu odzyskania energii cieplnej. Inne warianty obejmują koła entalpiczne i koła pochłaniające wilgoć . Specyficzne dla chłodzenia koło termiczne jest czasami określane jako koło z Kioto .
Opis
Koło termiczne składa się z okrągłej matrycy o strukturze plastra miodu z materiału pochłaniającego ciepło, która jest powoli obracana w strumieniach powietrza nawiewanego i wywiewanego systemu wentylacyjnego. Gdy koło termiczne obraca się, ciepło jest wychwytywane ze strumienia powietrza wywiewanego w jednej połowie obrotu i uwalniane do strumienia świeżego powietrza w drugiej połowie obrotu. W ten sposób marnuje ciepło energia ze strumienia powietrza wywiewanego jest przekazywana do materiału matrycy, a następnie z materiału matrycy do strumienia powietrza świeżego. Zwiększa to temperaturę strumienia powietrza nawiewanego o wartość proporcjonalną do różnicy temperatur między strumieniami powietrza lub „gradientu termicznego” iw zależności od wydajności urządzenia. Wymiana ciepła jest najbardziej wydajna, gdy strumienie płyną w przeciwnych kierunkach , ponieważ powoduje to korzystny gradient temperatury na całej grubości ściernicy. Zasada działania jest odwrotna, a energia „chłodzenia” może zostać odzyskana ze strumienia powietrza nawiewanego, jeśli jest to pożądane i pozwala na to różnica temperatur.
Matrycą wymiany ciepła może być aluminium, tworzywo sztuczne lub włókno syntetyczne. Wymiennik ciepła jest obracany przez mały silnik elektryczny i układ napędu pasowego. Silniki są często sterowane przez falownik w celu lepszej kontroli temperatury powietrza wylotowego. Jeśli wymiana ciepła nie jest wymagana, silnik można całkowicie zatrzymać.
Ponieważ ciepło jest przenoszone ze strumienia powietrza wywiewanego do strumienia powietrza nawiewanego bez bezpośredniego przechodzenia przez czynnik wymiany, sprawność brutto jest zwykle wyższa niż w jakimkolwiek innym systemie odzysku ciepła po stronie powietrza. Płytsza głębokość matrycy wymiany ciepła w porównaniu z płytowym wymiennikiem ciepła powoduje, że spadek ciśnienia w urządzeniu jest w porównaniu z nim zwykle mniejszy. Ogólnie rzecz biorąc, koło termiczne zostanie wybrane dla prędkości ścian od 1,5 do 3,0 metrów na sekundę (4,9 do 9,8 ft / s), a przy równych objętościowych natężeniach przepływu powietrza można oczekiwać „rozsądnej” wydajności brutto na poziomie 85%. Chociaż istnieje niewielkie zapotrzebowanie na energię do obracania koła, zużycie energii przez silnik jest zwykle niskie i ma niewielki wpływ na sezonową wydajność urządzenia. Zdolność do odzyskiwania „utajonego” ciepła może poprawić wydajność brutto o 10–15%.
Proces przenoszenia energii
Zwykle przenoszenie ciepła między strumieniami powietrza zapewniane przez urządzenie jest określane jako „ jawne ”, czyli wymiana energii lub entalpia , powodująca zmianę temperatury ośrodka (w tym przypadku powietrza), ale bez zmiany zawartości wilgoci . Jeśli jednak wilgotność lub wilgotność względna w strumieniu powietrza powrotnego jest wystarczająco wysoka, aby umożliwić kondensację w urządzeniu, spowoduje to „ utajoną " ciepło zostanie uwolnione, a materiał przenoszący ciepło zostanie pokryty warstwą wody. Pomimo odpowiedniej absorpcji ciepła utajonego, ponieważ część warstwy wody odparowuje w przeciwległym strumieniu powietrza, woda zmniejszy opór cieplny warstwę przyścienną materiału wymiennika ciepła, a tym samym poprawić współczynnik przenikania ciepła urządzenia, a co za tym idzie zwiększyć wydajność.Wymiana energii w takich urządzeniach obejmuje teraz zarówno jawne, jak i utajone przenoszenie ciepła, oprócz zmiany temperatury następuje również zmiana wilgotności strumieni powietrza.
Jednak warstwa kondensatu również nieznacznie zwiększy spadek ciśnienia w urządzeniu, co w zależności od rozstawu materiału matrycy może zwiększyć opór nawet o 30%. Spowoduje to zwiększenie zużycia energii wentylatora i obniżenie sezonowej sprawności urządzenia.
Dostępne są również matryce aluminiowe z naniesioną powłoką higroskopijną , której zastosowanie lub zastosowanie porowatych matryc z włókien syntetycznych pozwala na adsorpcję i uwalnianie pary wodnej przy poziomie wilgotności znacznie niższym niż normalnie wymagany do skraplania i ciepła utajonego nastąpić przeniesienie. Zaletą tego jest jeszcze wyższa efektywność wymiany ciepła, ale skutkuje to również osuszaniem lub nawilżaniem strumieni powietrza, co może być również pożądane dla konkretnego procesu obsługiwanego przez powietrze nawiewane.
Z tego powodu urządzenia te są również powszechnie znane jako koło entalpii .
Zastosowanie w turbinach gazowych
Podczas zainteresowania przemysłu motoryzacyjnego turbinami gazowymi do napędu pojazdów (około 1965 r.) Chrysler wynalazł unikalny typ obrotowego wymiennika ciepła, który składał się z obrotowego bębna wykonanego z blachy falistej (podobnej wyglądem do tektury falistej). Bęben ten był w sposób ciągły obracany przez przekładnie redukcyjne napędzane przez turbinę. Gorące gazy spalinowe były kierowane przez część urządzenia, która następnie obracała się do sekcji, która prowadziła powietrze dolotowe, gdzie to powietrze wlotowe było podgrzewane. To odzyskiwanie ciepła spalania znacznie zwiększyło sprawność silnika turbinowego. Silnik ten okazał się niepraktyczny w zastosowaniach motoryzacyjnych ze względu na słaby moment obrotowy przy niskich obrotach. Nawet tak wydajny silnik, jeśli byłby wystarczająco duży, aby zapewnić odpowiednie osiągi, miałby niską średnią oszczędność paliwa . Taki silnik może w przyszłości być atrakcyjny w połączeniu z silnikiem elektrycznym w pojeździe hybrydowym ze względu na jego solidną żywotność i zdolność do spalania szerokiej gamy paliw płynnych. [ oryginalne badania? ]
Koło pochłaniające wilgoć
Koło osuszające . jest bardzo podobne do koła termicznego, ale z powłoką nakładaną wyłącznie w celu osuszenia lub „osuszenia” strumienia powietrza Osuszaczem jest zazwyczaj żel krzemionkowy . Gdy koło obraca się, osuszacz przechodzi naprzemiennie przez dopływające powietrze, gdzie wilgoć jest adsorbowana , oraz przez strefę „regeneracji”, w której osuszacz jest osuszany, a wilgoć usuwana. Koło nadal się obraca, a proces adsorpcji jest powtarzany. Regeneracja jest zwykle przeprowadzana za pomocą wężownicy grzejnej, takiej jak wężownica wodna lub parowa, lub bezpośrednio spalanego palnika gazowego.
Koła termiczne i koła osuszające są często używane w konfiguracji szeregowej, aby zapewnić wymagane osuszanie, a także odzyskać ciepło z cyklu regeneracji.
Niedogodności
Koła termiczne nie nadają się do stosowania tam, gdzie wymagane jest całkowite rozdzielenie strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego, ponieważ powietrze będzie omijać na styku strumieni powietrza na granicy wymiennika ciepła oraz w miejscu przejścia koła z jednego strumienia powietrza do inne podczas normalnej rotacji. To pierwsze jest redukowane przez uszczelnienia szczotkowe, a to drugie jest redukowane przez małą sekcję oczyszczania, utworzoną przez platerowanie małego segmentu koła, zwykle w strumieniu powietrza wywiewanego.
Matryce wykonane z materiałów włóknistych lub z higroskopijnymi powłokami do przenoszenia ciepła utajonego są znacznie bardziej podatne na uszkodzenia i degradację przez „ zanieczyszczenie ” niż zwykłe materiały metalowe lub plastikowe, a ich skuteczne czyszczenie jest trudne lub niemożliwe, jeśli są zabrudzone. Należy zadbać o odpowiednie filtrowanie strumieni powietrza zarówno po stronie wydechu, jak i świeżego powietrza koła. Wszelkie zanieczyszczenia przyczepiające się po jednej stronie powietrza będą niezmiennie przenoszone do strumienia powietrza po drugiej stronie.
Inne typy wymienników ciepła powietrze-powietrze
- Biegaj wokół cewki
- Rekuperator lub krzyżowy wymiennik ciepła
- Rura cieplna
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Koła entalpii w bibliotece energetycznej Apogee
- Badanie dotyczące używania kół entalpii na lotniskach przeprowadzone przez Uniwersytet Stanowy w San Jose
- Dane koła entalpii z Live Building na Queen's University