Sztárhírek
Szellőztetés visszanyeréssel. Hogyan válasszunk megfelelőt a különböző típusú rekuperátorok közül? Alapvető kritériumok a rekuperátorok kiválasztásához
A szellőztetés során nemcsak az elszívott levegőt hasznosítják újra a helyiségből, hanem a hőenergia egy részét is. Télen ez magasabb energiaszámlákhoz vezet.
A központi és helyi szellőztető rendszerek hővisszanyerése lehetővé teszi az indokolatlan költségek csökkentését a levegőcsere veszélyeztetése nélkül. Hőenergia visszanyerésére használják őket különböző típusok hőcserélők - rekuperátorok.
A cikk részletesen leírja az egységek modelljeit, azok tervezési jellemzők, működési elvek, előnyök és hátrányok. A megadott információk segítenek a választásban optimális lehetőség rendezésre szellőztető rendszer.
A latin fordításban a gyógyulás kompenzációt vagy visszatérést jelent. A hőcsere-reakciók tekintetében a visszanyerést úgy jellemzik, mint egy technológiai műveletre fordított energia részleges visszanyerését az azonos folyamatban történő alkalmazás céljából.
A helyi rekuperátorok ventilátorral és lemezes hőcserélővel vannak felszerelve. A bemeneti „hüvely” hangelnyelő anyaggal van szigetelve. A kompakt szellőztető egységek vezérlőegysége a belső falon található
A decentralizált szellőztető rendszerek jellemzői visszanyeréssel:
- Hatékonyság – 60-96%;
- alacsony termelékenység– az eszközöket 20-35 nm-es helyiségek légcseréjére tervezték;
- megfizethető áronÉs széles választék egységek, a hagyományos fali szelepektől a többlépcsős szűrőrendszerrel és a páratartalom beállításával rendelkező automatizált modellekig;
- könnyű telepítés– az üzembe helyezéshez nincs szükség légcsatornák felszerelésére, ezt saját maga is megteheti.
A falbemenet kiválasztásának fontos kritériumai: megengedett falvastagság, teljesítmény, a rekuperátor hatékonysága, a légcsatorna átmérője és a szivattyúzott közeg hőmérséklete
Következtetések és hasznos videó a témában
Munkakör összehasonlítás természetes szellőzésés kényszerített rendszer helyreállítással:
A központosított rekuperátor működési elve, a hatékonyság számítása:
Egy decentralizált hőcserélő tervezése és működési eljárása a Prana fali szelep példájával:
A hő mintegy 25-35%-a a szellőzőrendszeren keresztül távozik a helyiségből. A rekuperátorokat a veszteségek csökkentésére és a hő hatékony visszanyerésére használják. A klímaberendezések lehetővé teszik a hulladéktömegek energiájának felhasználását a bejövő levegő felmelegítésére.
Van-e hozzáfűznivalója, vagy kérdése van a különböző szellőztető rekuperátorok működésével kapcsolatban? Kérjük, írjon megjegyzéseket a kiadványhoz, és ossza meg tapasztalatait az ilyen létesítmények üzemeltetésével kapcsolatban. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.
Helyreállítás visszaküldési folyamat maximális mennyiség energia. A szellőztetésben a visszanyerés a hőenergia átvitelének folyamata elszívott levegő a bemenetben. Sokan vannak különféle típusok rekuperátorok, és ebben a cikkben mindegyikről beszélünk. Minden típusú rekuperátor jó a maga módján, és egyedi előnyei vannak, de ezek bármelyike lehetővé teszi, hogy legalább 50% -ot, gyakrabban akár 95% -ot takarítson meg a befúvott levegő fűtésén télen.
Nagyon érdekes a hőátadás folyamata az elszívott levegőből a befújt levegőbe. Ezután elkezdjük szétszerelni az egyes légrekuperátortípusokat, hogy könnyebben megérthesse, mi az, és melyik rekuperátorra van szüksége.
A legnépszerűbb rekuperátor típus, vagy inkább légkezelő egységek lemezrekuperátorral. Népszerűségét magának a rekuperátoros hőcserélőnek az egyszerűsége és megbízhatósága miatt nyerte el.
A működés elve egyszerű - két légáram (kipufogó és befúvó) metszi egymást a rekuperátor hőcserélőjében, de úgy, hogy falak választják el őket. Ennek eredményeként ezek az áramlások nem keverednek. Meleg levegő felmelegíti a hőcserélő falait, a falak pedig a befújt levegőt. A lemezes rekuperátorok hatásfoka (lemezrekuperátor hatásfoka) százalékban mérhető, és a következőknek felel meg:
45-78% fémnél és műanyag hőcserélők rekuperátorok.
60-92% cellulóz higroszkópos hőcserélős lemezrekuperátoroknál.
A cellulóz rekuperátorok felé irányuló hatásfok ugrása egyrészt a rekuperátor falain keresztül a távozó levegőből a befúvó levegőbe történő nedvesség visszaáramlásának, másrészt a látens hőnek ugyanabban a nedvességben való átvitelének köszönhető. Valójában a rekuperátorokban nem maga a levegő hője, hanem a benne lévő nedvesség hője játszik szerepet. A nedvesség nélküli levegőnek nagyon kicsi a hőkapacitása, a nedvesség pedig víz... ismert nagy hőkapacitású.
A cellulóz kivételével minden rekuperátorhoz vízelvezető nyílás szükséges. Azok. A rekuperátor felszerelésének tervezésekor emlékeznie kell arra, hogy csatornaellátásra is szükség van.
Szóval a profik:
1. A tervezés egyszerűsége és megbízhatósága.
2. Nagy hatékonyság.
3. Nincsenek további villamosenergia-fogyasztók.
És persze a hátrányai:
1. Ahhoz, hogy egy ilyen rekuperátor működjön, mind a betáplálást, mind a kipufogót biztosítani kell hozzá. Ha a rendszert a semmiből tervezték, akkor ez egyáltalán nem mínusz. De ha a rendszer már létezik, és a betáplálás és a kipufogó távol van, akkor jobb használni.
2. Fagypont alatti hőmérsékleten a rekuperátor hőcserélője lefagyhat. Leolvasztásához le kell állítani vagy csökkenteni kell az utcáról érkező levegőellátást, vagy olyan bypass szelepet kell használni, amely lehetővé teszi, hogy a befújt levegő megkerülje a hőcserélőt, miközben az elszívott levegő leolvasztja. Ezzel a leolvasztási móddal az összes hideg levegő bejut a rendszerbe a rekuperátor megkerülésével, és sok elektromos áramra van szükség a felfűtéséhez. Kivételt képeznek a cellulózlemezes rekuperátorok.
3. Alapvetően ezek a rekuperátorok nem adják vissza a nedvességet, és a helyiségbe szállított levegő túl száraz. Kivételt képeznek a cellulózlemezes rekuperátorok.
A második legnépszerűbb rekuperátor típus. Persze... Nagy hatásfok, nem fagy, tömörebb, mint egy lemezes, és még a nedvességet is visszaadja. Néhány előny.
A forgó hőcserélő alumíniumból készül, rétegesen feltekerve a rotorra, az egyik lap lapos, a másik cikk-cakk. Hogy a levegő áthaladjon. Szíjjal elektromos hajtás hajtja. Ez a „dob” forog, és minden része felmelegszik, amikor áthalad a kipufogó zónán, majd a befúvó zónába kerül és lehűl, ezáltal hőt ad át a befúvott levegőnek.
A légáramlás elleni védelemre tisztító szektort használnak.
Új és nem túl ismert típusú légrekuperátor. A tetőtéri hőcserélők tulajdonképpen lemezes hőcserélőt és esetenként forgó hőcserélőt is használnak, de úgy döntöttünk, hogy külön hőcserélőt hozunk létre, mert... A tetőre szerelhető rekuperátor egy speciális, különálló típusú légkezelő berendezés rekuperátorral.
A tetőre szerelhető hőcserélők nagy, egytérfogatú helyiségekhez alkalmasak, és a könnyű tervezés, telepítés és üzemeltetés csúcsát jelentik. Beépítéséhez elegendő az épület tetején elkészíteni a szükséges ablakot, beépíteni egy speciális „üveget”, amely elosztja a terhelést, és bele kell szerelni egy tető hőcserélőt. Ez egyszerű. A levegőt a helyiségben a mennyezet alól veszik, és az ügyfél kívánsága szerint a mennyezet alól, vagy a dolgozók vagy a bevásárlóközpontok látogatóinak légzési zónájába juttatják.
Rekuperátor köztes hűtőfolyadékkal:
És ez a típusú rekuperátor alkalmas meglévő szellőzőrendszerekhez „külön bemenet - külön elszívás”.
Nos, vagy ha lehetetlen építeni új rendszer szellőztetés valamilyen rekuperátorral, amely magában foglalja a beáramlást és az elszívást egy helyiségbe. De érdemes megjegyezni, hogy mind a lemezes, mind a forgó hőcserélők hatékonysága nagyobb, mint a glikolé.
Ebben a cikkben egy ilyen hőátadási jellemzőt fogunk figyelembe venni, mint a visszanyerési együtthatót. Azt mutatja, hogy az egyik hőhordozó milyen mértékben használja fel a másikat a hőcsere során. A visszanyerési együtthatót hővisszanyerési együtthatónak, hőátadási hatásfoknak vagy termikus hatásfoknak nevezhetjük.
A cikk első részében megpróbáljuk megtalálni a hőátadás egyetemes összefüggéseit. A legáltalánosabb fizikai elvek alapján nyerhetők, és nem igényelnek semmilyen mérést. A második részben bemutatjuk a valós visszanyerési együtthatók függését a hőcsere főbb jellemzőitől valós légfüggönyöknél vagy külön víz-levegő hőcserélő egységeknél, amelyekről már szó volt a „Hőfüggöny teljesítménye tetszőleges hűtőközegnél” című cikkekben. és a levegő áramlási sebességét. Kísérleti adatok értelmezése" és "Hőfüggöny teljesítménye tetszőleges hűtőfolyadék- és légáramlási sebességeknél. A hőátadási folyamat invariánsai”, a „Climate World” magazin 80., illetve 83. számában jelent meg. Megmutatjuk, hogy az együtthatók hogyan függenek a hőcserélő jellemzőitől, valamint hogyan befolyásolják őket a hűtőfolyadék áramlási sebességei. Néhány hőátadási paradoxont megmagyarázunk, különösen a nagy értékű visszanyerési együttható paradoxonát a hűtőfolyadék áramlási sebességében tapasztalható nagy különbséggel. A visszanyerés fogalmának és mennyiségi definíciójának (együtthatójának) egyszerűsítése érdekében a levegő-levegő hőcserélők példáját fogjuk megvizsgálni. Ez lehetővé teszi a jelenség jelentésének megközelítésének meghatározását, amely azután bármely cserére kiterjeszthető, beleértve a „víz - levegő” cserét is. Megjegyzendő, hogy a levegő-levegő hőcserélő blokkokban mind a víz-levegő hőcserélőkhöz alapvetően hasonló keresztáramok, mind a hőcserélő közegek ellenáramai megszervezhetők. Ellenáramok esetén, amelyek meghatározzák magas értékek visszanyerési együtthatók, a hőátadás gyakorlati mintái kissé eltérhetnek a korábban tárgyaltaktól. Fontos, hogy a hőátadás univerzális törvényei általában minden típusú hőcserélő egységre érvényesek. A cikk tárgyalása során feltételezzük, hogy a hőátadás során az energia megmarad. Ez egyenértékű azzal, hogy azt mondjuk, hogy a sugárzó teljesítmény és a hő konvekciója a testből termikus berendezések, amelyeket a ház hőmérséklete határoz meg, a hasznos hőátadás teljesítményéhez képest kicsik. Azt is feltételezzük, hogy a hordozók hőkapacitása nem függ a hőmérsékletüktől.
MIKOR FONTOS A MAGAS VISSZAHELYEZÉSI ARÁNY?
Megállapítható, hogy bármely hőtechnikai berendezés egyik fő jellemzője egy bizonyos mennyiségű hőteljesítmény átvitelének képessége. Minél magasabb ez a képesség, annál drágább a berendezés. A visszanyerési együttható elméletben 0 és 100% között változhat, a gyakorlatban azonban gyakran 25 és 95% között mozog. Intuitív módon feltételezhető, hogy a magas visszanyerési együttható, valamint a nagy teljesítmény átviteli képessége a berendezés magas fogyasztói minőségét jelenti. A valóságban azonban ilyen közvetlen kapcsolat nem figyelhető meg, minden a hőcsere használati feltételeitől függ. Mikor fontos a nagyfokú hővisszanyerés, és mikor másodlagos? Ha a hűtőfolyadékot, amelyből hőt vagy hideget vettünk, csak egyszer használjuk fel, azaz nem hurkoljuk, és közvetlenül a használat után visszafordíthatatlanul kiürül a külső környezet, majd a hatékony felhasználása Ehhez a hőhöz célszerű magas visszanyerési együtthatójú készüléket használni. Ilyen például a geotermikus létesítmények egy részéből származó hő vagy hideg felhasználása, nyitott tározók, technológiai többlethőforrások, ahol lehetetlen lezárni a hűtőkört. A magas visszanyerés akkor fontos, ha a fűtési hálózatot csak a vízáramlás és a közvetlen víz hőmérséklete alapján számítják ki. Levegő-levegő hőcserélőknél ez az elszívott levegő hőjének felhasználása, amely a hőcsere után közvetlenül a külső környezetbe kerül. Egy másik szélsőséges eset fordul elő, amikor a hűtőfolyadékot szigorúan a belőle felvett energia szerint fizetik. Úgy lehet nevezni ideális lehetőség fűtési hálózatok. Akkor azt mondhatjuk, hogy egy olyan paraméternek, mint a helyreállítási együttható, nincs értelme. Bár a hordozó visszatérő hőmérsékletére vonatkozó korlátozásokkal a visszanyerési együtthatónak is van értelme. Vegye figyelembe, hogy bizonyos körülmények között a berendezés alacsonyabb helyreállítási aránya kívánatos.
A VISSZAHASZNÁLÁSI TÉNYEZŐ MEGHATÁROZÁSA
A visszanyerési együttható definíciója sok esetben megtalálható segédkönyvek(Például , ). Ha hőcsere történik két 1. és 2. közeg között (1. ábra),
amelyek hőkapacitása c 1 és c 2 (J/kgxK-ban), tömegáram pedig g 1, illetve g 2 (kg/s-ban), akkor a hőcsere visszanyerési együttható két egyenértékű arány formájában ábrázolható:
= (с 1 g 1) (Т 1 - Т 1 0) / (сg) min (T 2 0 - T 1 0) = (с 2 g 2) (Т 2 0 - Т 2) / (сg) min ( T 2 0 - T 1 0). (1)
Ebben a kifejezésben T 1 és T 2 ennek a két közegnek a végső hőmérséklete, T 1 0 és T 2 0 a kezdeti, és (cg) min az ún. termikus két értékének minimuma. ezeknek a közegeknek egyenértéke (W/K) g 1 és g 2 áramlási sebesség mellett, (cg) min = min ((1 g 1-gyel), (2 g 2 -vel)). Az együttható kiszámításához használhatja bármelyik kifejezést, mivel azok számlálói, amelyek mindegyike kifejezi teljes erővel hőátadás (2) egyenlő.
W = (c 1 g 1) (T 1 - T 1 0) = (c 2 g 2) (T 2 0 - T 2). (2)
A (2)-ben szereplő második egyenlőség tekinthető a hőátadás során bekövetkező energiamegmaradás törvényének kifejezésének, amelyet termikus folyamatok esetében a termodinamika első törvényének nevezünk. Megjegyezhető, hogy az (1)-ben szereplő két egyenértékű definíció bármelyikében a négy cserehőmérséklet közül csak három van jelen. Mint említettük, az érték akkor válik jelentőssé, ha az egyik hűtőfolyadékot használat után kidobják. Ebből következik, hogy az (1)-ben szereplő két kifejezést mindig meg lehet választani úgy, hogy ennek a hordozónak a végső hőmérséklete kerüljön ki a számítási kifejezésből. Mondjunk példákat.
a) Hővisszanyerés az elszívott levegőből
Híres példa Egy nagy szükséges értékű hőcserélő szolgálhat hővisszanyerőként az elszívott levegő számára a befújt levegő felmelegítésére (2. ábra).
Ha az elszívott levegő hőmérsékletét T szoba, az utcai levegő hőmérsékletét T st, a befúvó levegő hőmérsékletét a rekuperátorban fűtés után T pr-nek jelöljük, akkor a két légáramból származó hőkapacitások azonos értékét figyelembe véve. (majdnem egyformák, ha figyelmen kívül hagyjuk a páratartalom és a levegő hőmérsékletének kis függőségét), jó híres kifejezést kaphatunk:
G pr (T pr - T st) / g min (T szoba - T st). (3)
Ebben a képletben a gmin a legkisebb g min = min(g be, g ki) a befúvott levegő két második áramlási sebessége (gin) és az elszívott levegő köszvénye közül. Ha a befúvott levegő áramlása nem haladja meg az elszívott levegő áramlását, a (3) képlet leegyszerűsödik és a = (T pr - T st) / (T szoba - T st) alakra redukálódik. A (3) képletben figyelmen kívül hagyott hőmérséklet a távozó levegő T’ hőmérséklete a hőcserélőn való áthaladás után.
b) Rekuperáció légfüggönyben vagy tetszőleges víz-levegő melegítőben
Mert mindenki előtt lehetséges opciók az egyetlen hőmérséklet, amelynek értéke nem fontos, a hőmérséklet vissza a vizet T x, azt ki kell zárni a hasznosítási együttható kifejezéséből. Ha a környezeti levegő hőmérsékletét jelöljük légfüggöny T 0 a levegőfüggöny által felmelegítve - T, és a hőcserélőbe belépő hőmérséklet melegvíz T g, (3. ábra), mert megkapjuk:
Cg(T – T 0) / (cg) min (T g – T 0). (4)
Ebben a képletben c a levegő hőkapacitása, g a második légtömeg-áramlási sebesség.
Megnevezés (сg) min legkisebb érték levegőből сg és vízből с W G termikus egyenértékek, с W a víz hőkapacitása, G a víz második tömegárama: (сg) min = min((сg), (с W G)). Ha a légáramlás viszonylag kicsi, és a levegő egyenértéke nem haladja meg a vízegyenértéket, akkor a képlet is egyszerűsödik: = (T - T 0) / (T g - T 0).
A VISSZAHELYEZÉSI TÉNYEZŐ FIZIKAI JELENTÉSE
Feltételezhető, hogy a hővisszanyerési együttható értéke az erőátvitel termodinamikai hatásfokának mennyiségi kifejezése. Ismeretes, hogy a hőátadás esetében ezt a hatásfokot korlátozza a termodinamika második főtétele, amely a nem csökkenő entrópia törvényeként is ismert.
Az azonban kimutatható, hogy ez valóban termodinamikai hatásfok a nem csökkenő entrópia értelmében, csak abban az esetben, ha két hőcserélő közeg termikus egyenértéke egyenlő. Az ekvivalensek általános egyenlőtlensége esetén a lehetséges maximális elméleti érték = 1 a Clausius-posztulátumnak köszönhető, amely a következőképpen fogalmazódik meg: „A hő nem vihető át hidegebb testről melegebbre anélkül, hogy ezzel egyidejűleg más változás ne történne. ezt az átadást.” Ebben a definícióban az egyéb változtatások azt a munkát jelentik, amelyet a rendszeren végeznek, például a fordított Carnot ciklus során, amely alapján a klímaberendezések működnek. Tekintettel arra, hogy a szivattyúk és a ventilátorok a hőcserélőkkel, például vízzel, levegővel és más hordozókkal történő hőcsere során a hőcsere energiájához képest elhanyagolható munkát végeznek rajtuk, feltételezhetjük, hogy ilyen hőcserével a Clausius-feltevés teljesül. magas fokú pontosság.
Bár általánosan elfogadott, hogy mind a Clausius-posztulátum, mind a nem csökkenő entrópia elve csak a termodinamika második főtételének különböző kifejezései. zárt rendszerek, ez rossz. Egyenértékűségük megcáfolására megmutatjuk, hogy általában a hőátadás különböző korlátozásaihoz vezethetnek. Tekintsünk egy levegő-levegő rekuperátort a két cserélő közeg azonos hőegyenértéke esetén, ami ha a hőkapacitások egyenlőek, akkor a két légáram tömegáramának egyenlőségét jelenti, és = (T pr - T st) / (T szoba - T st). Legyen a határozottság kedvéért a szobahőmérséklet T szoba = 20 o C, és az utcai hőmérséklet T utca = 0 o C. Ha teljesen figyelmen kívül hagyjuk látens hő levegő, amelyet a páratartalma határoz meg, akkor a (3) pontból következően a befújt levegő hőmérséklete T pr = 16 o C a visszanyerési együtthatónak = 0,8, T pr = 20 o C-on pedig eléri a értéke 1. (Az utcába kibocsátott levegő hőmérséklete ezekben az esetekben a T' levegő 4 o C, illetve 0 o C lesz). Mutassuk meg, hogy pontosan = 1 a maximum ebben az esetben. Hiszen még ha a befújt levegő hőmérséklete T pr = 24 o C, az utcára kibocsátott levegő pedig T' = –4 o C, akkor a termodinamika első főtétele (az energia megmaradás törvénye) nem lenne érvényes. megsértették. Minden második E = cg·24 o C Joule energia kerül át az utcai levegőbe, és ugyanannyit vesznek el a szobalevegőből, ugyanakkor ez 1,2, azaz 120% lesz. Az ilyen hőátadás azonban éppen azért lehetetlen, mert a rendszer entrópiája csökkenni fog, amit a termodinamika második főtétele tilt.
Valójában az S entrópia definíciója szerint változása a Q gáz összenergiájának változásával függ össze a dS = dQ/T összefüggéssel (a hőmérsékletet Kelvinben mérik), és tekintettel arra, hogy amikor állandó nyomás gáz dQ = mcdT, m a gáz tömege, c (vagy ahogy gyakran p-vel jelölik) a hőkapacitás állandó nyomáson, dS = mc dT/T. Így S = mc ln(T 2 / T 1), ahol T 1 és T 2 a gáz kezdeti és végső hőmérséklete. A (3) képlet jelölésében a befújt levegő entrópiájának második változására azt kapjuk, hogy Spr = сg ln(Tpr / Tul), ha az utcai levegőt melegítjük, az pozitív. Az elszívott levegő entrópiájának megváltoztatásához Svyt = s g ln(T / Troom). A teljes rendszer entrópiájának változása 1 másodperc alatt:
S = S pr + S out = сg(ln(T pr / T st) + ln(T' / T szoba)). (5)
Minden esetben feltételezzük, hogy T utca = 273K, T szoba = 293K. = 0,8 (3), T pr = 289 K és (2) T’ = 277 K esetén, ami lehetővé teszi a kiszámítását általános változás entrópia S =0,8 = 8 10 –4 cg. = 1 esetén hasonlóképpen kapjuk a T pr = 293K és T' = 273K, és az entrópia, ahogy várható volt, megmarad S =1 = 0. A hipotetikus eset = 1,2 T pr = 297K és T' = 269K. , és a számítás entrópiacsökkenést mutat: S =1,2 = –1,2 10 –4 cg. Ez a számítás különösen indokolja ennek a folyamatnak a c = 1,2 lehetetlenségét, és általában bármely > 1 esetén az S miatt is.< 0.
Tehát olyan áramlási sebességeknél, amelyek két közeg azonos termikus egyenértékét biztosítják (azonos közegeknél ez egyenlő áramlási sebességeknek felel meg), a visszanyerési együttható határozza meg a cserehatékonyságot abban az értelemben, hogy = 1 határozza meg az entrópia megmaradásának határesetét. A Clausius-posztulátum és a nem csökkenő entrópia elve ebben az esetben ekvivalens.
Most vegye figyelembe az egyenlőtlen légáramlási sebességeket a levegő-levegő hőcseréhez. Legyen például a befúvott levegő tömegárama 2g, az elszívott levegőé pedig g. Az entrópia változására ilyen áramlási sebességeknél a következőket kapjuk:
S = S pr + S out = 2s g ln(T pr / T st) + s g ln(T’ / T szoba). (6)
Ha = 1 azonos kezdeti hőmérsékleten T st = 273 K és T szoba = 293 K, a (3) felhasználásával T pr = 283 K értéket kapunk, mivel g pr / g min = 2. Ekkor az energia megmaradás törvényéből (2) megkapjuk a T ' = 273K értéket. Ha ezeket a hőmérsékleti értékeket behelyettesítjük (6-ba), akkor az entrópia teljes változásához S = 0,00125сg > 0. Vagyis a legkedvezőbb esetben is = 1 esetén a folyamat termodinamikailag szuboptimálissá válik az entrópia növekedésével, és ennek következtében az egyenlő költségű részesettel ellentétben mindig visszafordíthatatlan.
Ennek a növekedésnek a mértékének becsléséhez megtaláljuk a fentebb már tárgyalt egyenlő költségek cseréjének megtérülési együtthatóját, így a csere eredményeként ugyanannyi entrópia keletkezik, mint azoknál a költségeknél, amelyek 2-szeresen különböznek egymástól. = 1. Más szóval, értékelni fogjuk a különböző költségek cseréjének termodinamikai nem optimálisságát ideális körülmények. Először is, maga az entrópia változása keveset mond, sokkal informatívabb, ha figyelembe vesszük az entrópia változásának S / E arányát a hőcserével átvitt energiához. Figyelembe véve, hogy a fenti példában, amikor az entrópia S = 0,00125cg-kal növekszik, az átvitt energia E = cg pr (T pr - T str) = 2c g 10K. Így az S / E arány = 6,25 10 –5 K -1. Könnyen ellenőrizhető, hogy azonos áramlásoknál ugyanazt a „minőséget” éri el a visszanyerési együttható = 0,75026... Valóban, ugyanazon kezdeti T st = 273 K és T szoba = 293 K kezdeti hőmérsékleten és egyenlő áramlásoknál ez együttható a T re = 288 K és a T' = 278 K hőmérsékleteknek felel meg. Az (5) segítségével megkapjuk az entrópia változását S = 0,000937сg, és figyelembe véve, hogy E = сg(T pr - T str) = сg 15К, S/E = 6,25 10 –5 К -1 kapjuk. Tehát a termodinamikai minőség szempontjából a hőátadás = 1-nél és kétszer különböző áramlásoknál a = 0,75026 hőátadásnak felel meg azonos áramlásoknál.
Egy másik kérdés, amit feltehetünk: milyenek legyenek a hipotetikus cserehőmérsékletek különböző kiadások hogy ez a képzeletbeli folyamat az entrópia növekedése nélkül menjen végbe?
Ha = 1,32 azonos kezdeti hőmérsékleten T st = 273 K és T szoba = 293 K, a (3) felhasználásával T pr = 286,2 K-t kapunk, és az energiamegmaradás törvényéből (2) T’ = 266,6 K. Ha ezeket az értékeket behelyettesítjük (6)-ba, akkor az entrópia teljes változására сg(2ln(286.2 / 273) + ln(266.6 / 293)) 0-t kapunk. Az energiamegmaradás törvénye és a nem-törvény - ezekre a hőmérsékleti értékekre csökkenő entrópia teljesül, de a csere lehetetlen, mivel a T' = 266,6 K nem tartozik a kezdeti hőmérsékleti tartományba. Ez egyenesen sértené Clausius posztulátumát, amely az energiát hidegebb környezetből melegebbre viszi át. Következésképpen ez a folyamat, ahogyan mások is, nem csak az entrópia megmaradásával, de még annak növekedésével sem lehetséges, ha bármelyik közeg véghőmérséklete túllép a kezdeti hőmérsékleti tartományon (T utca, T szoba).
A hőcserélő közegek egyenlőtlen hőegyenértékét biztosító áramlási sebességeknél a hőátadási folyamat alapvetően irreverzibilis, és a rendszer entrópiájának növekedésével megy végbe, még a leghatékonyabb hőátadás esetén is. Ezek az érvek két különböző hőkapacitású közegre is érvényesek, csak az a fontos, hogy ezeknek a közegeknek a termikus megfelelői egybeesnek-e vagy sem.
A HŐCSERE MINIMÁLIS MINŐSÉGÉNEK PARADOXA 1/2-ES VISSZANYERÉSI ARÁNYKAL
Ebben a bekezdésben a hőcsere három esetét vizsgáljuk 0, 1/2 és 1 visszanyerési együtthatókkal. Hagyjuk, hogy a hőcserélőkön azonos hőkapacitású, különböző kezdeti hőmérsékletű T 1 0 és T 2 0 hőcserélő közegek egyenlő áramlása haladjon át. 1-es visszanyerési együttható esetén a két közeg egyszerűen kicseréli a hőmérsékleti értékeket, és a végső hőmérsékletek tükrözik a kezdeti T 1 = T 2 0 és T 2 = T 1 0 értékeket. Nyilvánvaló, hogy az entrópia ebben az esetben S = 0 nem változik, mert a kilépésnél ugyanolyan hőmérsékletű közegek vannak, mint a bejáratnál. 1/2-es visszanyerési együttható esetén mindkét közeg végső hőmérséklete megegyezik az átlaggal számtani érték kezdeti hőmérsékletek: T 1 = T 2 = 1/2 (T 1 0 + T 2 0). A hőmérséklet-kiegyenlítés visszafordíthatatlan folyamata megy végbe, és ez egyenértékű az S > 0 entrópia növekedésével. 0 visszanyerési együtthatónál nincs hőátadás. Azaz T 1 = T 1 0 és T 2 = T 2 0, és a végállapot entrópiája nem változik, ami hasonló a rendszer végső állapotához 1-gyel egyenlő helyreállítási együtthatóval. c = 1 azonos a c = 0 állapottal, analógia útján is kimutatható, hogy a = 0,9 állapot megegyezik a c = 0,1 állapottal stb. Ebben az esetben a c = 0,5 állapot megfelel az entrópia maximális növekedésének. minden lehetséges együttható. Úgy tűnik, a = 0,5 minimális minőségű hőátadásnak felel meg.
Természetesen ez nem igaz. A paradoxon magyarázatát azzal kell kezdeni, hogy a hőcsere energiacsere. Ha a hőcsere következtében az entrópia bizonyos mértékben megnőtt, akkor a hőcsere minősége attól függően változik, hogy 1 J vagy 10 J hőt adtunk át Helyesebb, ha nem az S entrópia abszolút változását tekintjük. Valójában a hőcserélőben való termelése), de a változás entrópia és az átvitt E energia aránya nyilvánvalóan a különböző hőmérséklet-készletek esetén = 0,5. Nehezebb kiszámítani ezt az arányt = 0 esetén, mert ez egy 0/0 alakú bizonytalanság. Nem nehéz azonban az arányt 0-ra venni, amit a gyakorlatban úgy kaphatunk meg, hogy ezt az arányt nagyon kis értékeknél, például 0,0001-nél veszik. Az 1. és 2. táblázatban ezeket az értékeket mutatjuk be a különböző kezdeti hőmérsékleti feltételekhez.
Bármilyen értéknél és mindennapi hőmérsékleti tartományban T szoba és T szoba (feltételezzük, hogy T szoba / T st x
S / K (1 / T st - 1 / T szoba)(1 -). (7)
Valóban, ha T szoba = T utca (1 + x) jelöljük, 0< x
Az 1. grafikonon ezt a függést mutatjuk be hőmérsékletekre T st = 300K T szoba = 380K.
Ez a görbe nem a (7) közelítéssel meghatározott egyenes, bár elég közel van hozzá ahhoz, hogy a grafikonon megkülönböztethetetlenek legyenek. A (7) képlet azt mutatja, hogy a hőátadás minősége minimális, pontosan = 0. Adjuk meg az S / E skála másik becslését (T 1< 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 minimális minőség hőátadás S / E = 1 / T 1 0 –1 / T 2 0 pontosan realizálódik -> 0 esetén és a hűtőfolyadék áramlási sebességének tetszőleges arányában.
A HŐÁLLÍTÁS MINŐSÉGÉNEK VÁLTOZÁSA KÜLÖNBÖZŐ FŰTÉSI ÁRAMLÁSI KÖLTSÉGEKNÉL
Feltételezzük, hogy a hűtőfolyadék áramlási sebessége n-szeres különbséggel tér el, és a hőcsere a lehető legjobb minőségben megy végbe (= 1). Milyen minőségű hőcsere azonos áramlási sebességgel fog ez megfelelni? Ennek a kérdésnek a megválaszolásához nézzük meg, hogyan viselkedik az S/E érték = 1-nél különböző kiadási arányok esetén. n = 2 áramláskülönbség esetén ezt a megfelelést a 3. pontban már kiszámoltuk: = 1 n=2 = 0,75026... azonos áramlások esetén. A 3. táblázatban a 300K és 350K hőmérséklet-készletet mutatjuk be relatív változás entrópia azonos hőkapacitású hűtőfolyadékok azonos áramlási sebessége mellett különböző értékeknél.
A 4. táblázatban bemutatjuk az entrópia relatív változását is különböző n áramlási arányok esetén, csak a lehető legnagyobb hőátadási hatásfok mellett (= 1), valamint a megfelelő hatásfokokat, amelyek azonos áramlási sebességek esetén azonos minőséget eredményeznek.
Mutassuk be a kapott (n) függést a 2. gráfon.
Végtelen költségkülönbséggel 0,46745 véghatárig hajlik... Kimutatható, hogy ez egy univerzális függés. Bármilyen kezdeti hőmérsékleten érvényes bármely hordozóra, ha a költséghányad helyett a termikus egyenértékek arányát értjük. Közelíthető hiperbolával is, amit a grafikonon a 3. sor jelöl kék:
„(n) 0,4675+ 0,5325/n. (8)
A piros vonal a pontos összefüggést jelzi (n):
Ha tetszőleges n>1 értékkel egyenlőtlen költségek realizálódnak, akkor a termodinamikai hatásfok a relatív entrópiatermelés értelmében csökken. Becsülését levezetés nélkül mutatjuk be felülről:
Ez az összefüggés n>1 esetén pontos egyenlőségre hajlamos, közel 0 vagy 1, és a köztes értékeknél nem haladja meg abszolút hiba néhány százalék.
A cikk végét a „CLIMATE WORLD” magazin következő számainak egyikében mutatjuk be. Valódi hőcserélő egységek példái segítségével megtaláljuk a visszanyerési együtthatók értékeit, és megmutatjuk, hogy mennyiben határozzák meg őket az egység jellemzői, és mennyit a hűtőfolyadék áramlási sebessége.
IRODALOM
- Puhov A. levegő. Kísérleti adatok értelmezése. // Klímavilág. 2013. 80. sz. 110. o.
- Puhov A. B. A hőfüggöny teljesítménye tetszőleges hűtőfolyadék-áramlási sebességeknél és levegő. A hőátadási folyamat invariánsai. // Klímavilág. 2014. 83. szám 202. o.
- W. M. ügy, London A. L. Kompakt hőcserélők. . M.: Energia, 1967. 23. o.
- Wang H. Alapvető képletek és adatok hőátadás mérnökök számára. . M.: Atomizdat, 1979. 138. o.
- Kadomtsev B. B. Dinamika és információk // Sikerek fizikai tudományok. T. 164. 1994. sz. május 5. 453. o.
Puhov Alekszej Vjacseszlavovics,
műszaki igazgató
Tropic Line cég
Egy olyan házban, ahol a szellőzőrendszer jól működik, az ember nagyon jól érzi magát, és kevesebbet betegszik meg.
A hagyományos jó szellőzés biztosításához azonban jelentősen meg kell növelni a fűtési és légkondicionálási költségeket (a házban a normál léghőmérséklet fenntartásához).
Mi az a légrekuperátor?
Napjainkban továbbfejlesztett szellőzőrendszert használnak speciális eszközök, amely jelentősen csökkentheti a hőveszteséget télen, amikor az elszívott levegő elfogy, és megakadályozza, hogy a hő bejusson a házba nyáron, amikor túlhevített levegőt szállítanak az utcáról. Ezt az eszközt hívják levegő rekuperátor , fénykép 1.
Fotó 1. Légvisszanyerő a ház szellőzőrendszerében
at helyes telepítésés működése során a légvisszanyerő az újrahasznosított levegővel eltávozó hő 2/3-át képes „visszaadni”. Minden rekuperátor felépítésében szűrőket tartalmaz a befújt levegő tisztítására, és a módosítástól függően a tisztítás minősége eltérő lehet.
A légrekuperátor használatának előnyei közös rendszer szellőzés:
- Csökkenti a fűtési és szellőztetési költségeket (akár 30...50%-kal).
- Kényelmes mikroklíma a házban, folyamatosan friss levegő.
- Csökkenti a porszintet a házban.
- Alacsony működési költségek.
- Nem bonyolult telepítés.
- A berendezés tartós.
Légvisszanyerő kialakítás
A légrekuperátor két kamrából áll, amelyek közel futnak egymáshoz, fénykép 2. A kamrák között hőcsere történik, ami lehetővé teszi téli idő melegítse fel a befújt levegő áramlását a kipufogó áramlás hője miatt, és fordítva nyáron.
2. fénykép. Sematikus diagram légrekuperátor működése
A rekuperátorok típusai
A következő típusú légrekuperátorok léteznek.
- lamellás;
- forgó;
- vízi;
- tetőszerkezet
Lemez rekuperátor
Lemez rekuperátor egy ház, amelybe csövek belépnek és kilépnek téglalap alakú szakasz. A két cső egyik oldala összeér, ami biztosítja közöttük a hőcserét. A csövek belsejében horganyzott lemezek vannak, amelyek melegítenek, hűtnek és hőt adnak át, fénykép 3. A lemezes rekuperátorban a befújt és az elszívott levegő áramlása nem keveredik.
A lemezek nagy hővezető képességű anyagból készülnek, ezek a következők:
- speciális műanyag;
- réz;
- alumínium.
Fotó 3. Lemezlevegő rekuperátor
A lemezes légrekuperátor előnyei :
- kompakt;
- viszonylag olcsó;
- csendes működés;
- a készülék nagy teljesítménye (hatékonysága 45...65%);
- nincs elektromos hajtás vagy elektromosságtól való függés;
- hosszú élettartam (gyakorlatilag nem törik el).
A lemezes légrekuperátor hátránya:
- Télen, amikor fagy van, nagy a valószínűsége annak, hogy a kipufogó mechanizmus lefagy.
- Nem történik nedvességcsere.
- henger;
- forgó dob (rotor);
- keret.
A henger belsejében sok vékony hullámos fémlemez (hőcserélő) található.
Fénykép 4. Rotációs rekuperátor
Egy forgó dob segítségével a rekuperátor két üzemmódban működik:
1 – a kipufogógáz áramlása a helyiségből;
2 – a befúvott levegő áteresztése.
A rotációs rekuperátor működését elektronikája vezérli, amely a külső és belső hőmérséklettől függően határozza meg a fordulatszámot és az üzemmódot. Így a fémlemezek vagy felmelegszenek, vagy hőt adnak le.
A forgó típusú rekuperátor egy vagy két rotorral rendelkezhet.
A forgó rekuperátor előnyei:
- A készülék nagy hatékonysága. A hatásfok eléri a 87%-ot.
- Télen a készülék nem fagy le.
- Nem szárítja ki a levegőt. Részben visszavezeti a nedvességet a helyiségbe.
A forgó rekuperátor hátrányai:
- A berendezés nagy méretei.
- Az elektromosságtól való függés.
Alkalmazási kör:
- Magánházak;
- Iroda helyiségei.
- Garázsok.
Vízvisszanyerő
Vízvisszanyerő (recirkulációs) – ez egy rekuperátor, amelyben a hőcserélő víz vagy fagyálló, fénykép 5. Ez a rekuperátor felépítésében hasonló egy hagyományos fűtési rendszerhez. A hőcserélő folyadékot az elszívott levegő, a befújt levegőt pedig a hőcserélő melegíti fel.
Fénykép 5. Vízvisszanyerő
A vízvisszanyerő előnyei:
- Az üzemi hatásfok, a hatásfok normál mutatója 50...65%.
- Lehetőség van egyes részei különböző helyekre történő beszerelésére.
A vízvisszanyerő hátrányai:
- Komplex kialakítás.
- A nedvességcsere nem lehetséges.
- Az elektromosságtól való függés.
egy rekuperátor ipari használatra. Az ilyen típusú rekuperátor hatásfoka 55…68%.
Ezt a berendezést nem használják magánházakban és lakásokban.
Fotó 6. Tető levegő rekuperátor
Fő előnyei:
- Alacsony költség.
- Problémamentes működés.
- Könnyen telepíthető.
Saját készítésű rekuperátor
Ha van vágyad, saját magad is készíthetsz légrekuperátort. Ehhez alaposan tanulmányozhatja az interneten elérhető rekuperátorok diagramjait, és eldöntheti az eszköz fő méreteit.
Nézzük a munka sorrendjét:
- Anyagok kiválasztása a rekuperátorhoz.
- Egyedi elemek gyártása.
- Hőcserélő gyártása.
- A karosszéria összeszerelése és szigetelése.
A legegyszerűbb módja a lemezes rekuperátor elkészítésének.
A tok elkészítéséhez a következő anyagok használhatók:
- fémlemez (acél);
- műanyag;
- fa.
A test szigeteléséhez a következő anyagokat használhatja:
- üveggyapot;
- ásványgyapot;
- polisztirol hab
Konev Alekszandr Anatoljevics
