Žvaigždžių naujienos
Vėdinimas su rekuperacija. Kaip teisingai pasirinkti tarp skirtingų rekuperatorių tipų Pagrindiniai rekuperatorių pasirinkimo kriterijai
Vėdinimo proceso metu iš patalpos yra perdirbamas ne tik išmetamas oras, bet ir dalis šiluminės energijos. Žiemą tai lemia didesnes sąskaitas už energiją.
Šilumos atgavimas centralizuotose ir vietinėse vėdinimo sistemose leis sumažinti nepagrįstas išlaidas nepažeidžiant oro mainų. Jie naudojami šiluminės energijos atgavimui skirtingi tipaišilumokaičiai – rekuperatoriai.
Straipsnyje išsamiai aprašomi vienetų modeliai, jų dizaino elementai, veikimo principai, privalumai ir trūkumai. Pateikta informacija padės pasirinkti optimalus variantas susitarimui vėdinimo sistema.
Išvertus iš lotynų kalbos, atsigavimas reiškia kompensaciją arba grįžimą. Kalbant apie šilumos mainų reakcijas, atgavimas apibūdinamas kaip dalinis energijos, sunaudotos technologiniam veiksmui, grąžinimas siekiant panaudoti tame pačiame procese.
Vietiniai rekuperatoriai komplektuojami su ventiliatoriumi ir plokšteliniu šilumokaičiu. Įleidimo „rankovė“ izoliuota garsą sugeriančia medžiaga. Kompaktiškų vėdinimo įrenginių valdymo blokas yra vidinėje sienoje
Decentralizuotų vėdinimo sistemų su rekuperacija ypatybės:
- Efektyvumas – 60-96%;
- mažas produktyvumas– įrenginiai skirti užtikrinti oro mainus patalpose iki 20-35 kv.m;
- prieinama kaina Ir platus pasirinkimas agregatai, nuo įprastų sieninių vožtuvų iki automatizuotų modelių su daugiapakope filtravimo sistema ir galimybe reguliuoti drėgmę;
- montavimo paprastumas– pradedant eksploatuoti, nereikia montuoti ortakių, galite tai padaryti patys.
Svarbūs sienos įvado pasirinkimo kriterijai: leistinas sienelės storis, našumas, rekuperatoriaus efektyvumas, oro kanalo skersmuo ir siurbiamos terpės temperatūra
Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema
Darbų palyginimas natūrali ventiliacija ir priverstinė sistema su atkūrimu:
Centralizuoto rekuperatoriaus veikimo principas, efektyvumo skaičiavimas:
Decentralizuoto šilumokaičio projektavimas ir veikimo procedūra naudojant Prana sieninį vožtuvą kaip pavyzdį:
Per vėdinimo sistemą iš patalpos išeina apie 25-35 % šilumos. Rekuperatoriai naudojami nuostoliams sumažinti ir efektyviai atgauti šilumą. Klimato kontrolės įranga leidžia panaudoti atliekų masių energiją įeinančiam orui šildyti.
Ar turite ką pridurti, ar turite klausimų dėl skirtingų vėdinimo rekuperatorių veikimo? Palikite komentarus apie leidinį ir pasidalykite savo patirtimi eksploatuojant tokius įrenginius. Kontaktinė forma yra apatiniame bloke.
Atsigavimas yra grąžinimo procesas maksimalus kiekis energijos. Vėdinimo atveju regeneravimas yra šilumos energijos perdavimo iš išmetamas orasįvade. Yra daug įvairių tipų rekuperatoriai ir šiame straipsnyje pakalbėsime apie kiekvieną iš jų. Kiekvienas rekuperatoriaus tipas yra savaip geras ir turi unikalių privalumų, tačiau bet kuris iš jų leis sutaupyti bent 50%, o dažniau iki 95% tiekiamo oro šildymo žiemą.
Labai įdomus šilumos perdavimo procesas iš išmetamo oro į tiekiamą orą. Toliau mes pradėsime ardyti kiekvieno tipo oro rekuperatorių, kad galėtumėte lengviau suprasti, kas tai yra ir kokio rekuperatoriaus jums reikia.
Populiariausias rekuperatoriaus tipas, tiksliau vėdinimo įrenginiai su plokšteliniu rekuperatoriumi. Savo populiarumą jis pelnė dėl paties rekuperatoriaus šilumokaičio konstrukcijos paprastumo ir patikimumo.
Veikimo principas paprastas – rekuperatoriaus šilumokaityje susikerta du oro srautai (išmetimo ir tiekimo), tačiau taip, kad juos atskirtų sienelės. Dėl to šie srautai nesimaišo. Šiltas orasšildo šilumokaičio sienas, o sienelės šildo tiekiamą orą. Plokštelių rekuperatorių efektyvumas (plokštinio rekuperatoriaus efektyvumas) matuojamas procentais ir atitinka:
45-78% metalui ir plastikiniai šilumokaičiai rekuperatoriai.
60-92% plokšteliniams rekuperatoriams su celiulioziniais higroskopiniais šilumokaičiais.
Tokį efektyvumo šuolį link celiuliozinių rekuperatorių pirmiausia lemia drėgmės grįžimas per rekuperatoriaus sieneles iš šalinamo oro į tiekiamą orą, antra, latentinės šilumos perdavimas toje pačioje drėgmėje. Išties rekuperatoriuose vaidmenį atlieka ne paties oro, o jame esančios drėgmės šiluma. Oras be drėgmės turi labai mažą šiluminę galią, o drėgmė yra vanduo... su žinoma didele šilumos talpa.
Visiems rekuperatoriams, išskyrus celiuliozinius, reikalingas drenažo išėjimas. Tie. Planuojant rekuperatoriaus įrengimą reikia atsiminti, kad reikalingas ir kanalizacijos tiekimas.
Taigi, pliusai:
1. Dizaino paprastumas ir patikimumas.
2. Didelis efektyvumas.
3. Jokių papildomų elektros vartotojų.
Ir, žinoma, minusai:
1. Kad toks rekuperatorius veiktų, į jį turi būti tiekiamas ir išmetimas. Jei sistema sukurta nuo nulio, tai nėra minusas. Bet jei sistema jau yra, o tiekimas ir išmetimas yra nutolę, geriau naudoti.
2. Esant minusinei temperatūrai, gali užšalti rekuperatoriaus šilumokaitis. Norint jį atitirpinti, reikia arba sustabdyti arba sumažinti oro tiekimą iš gatvės, arba naudoti apvadinį vožtuvą, leidžiantį tiekiamajam orui apeiti šilumokaitį, kol jis atitirpinamas išmetamu oru. Taikant šį atitirpinimo režimą visas šaltas oras patenka į sistemą aplenkdamas rekuperatorių ir jam sušildyti reikia daug elektros energijos. Išimtis – celiuliozės plokštelių rekuperatoriai.
3. Iš esmės šie rekuperatoriai nesugrąžina drėgmės ir tiekiamas oras į patalpas yra per sausas. Išimtis – celiuliozės plokštelių rekuperatoriai.
Antras pagal populiarumą rekuperatoriaus tipas. Žinoma... Didelis efektyvumas, neužšąla, kompaktiškesnis nei lėkštinio tipo ir net grąžina drėgmę. Kai kurie privalumai.
Rotorinis šilumokaitis pagamintas iš aliuminio, suvyniotas ant rotoriaus sluoksniais, vienas lapas yra plokščias, o kitas zigzaginis. Kad oras praeitų. Varomas elektrine pavara per diržą. Šis „būgnas“ sukasi ir kiekviena jo dalis įšyla eidama pro išmetimo zoną, o tada juda į tiekimo zoną ir vėsta, taip perduodama šilumą tiekiamam orui.
Apsaugai nuo oro srautų naudojamas valymo sektorius.
Naujas ir nelabai žinomas oro rekuperatoriaus tipas. Ant stogo įrengtuose šilumokaičiuose iš tikrųjų naudojami plokšteliniai šilumokaičiai, o kartais ir rotoriniai šilumokaičiai, tačiau nusprendėme juos padaryti atskiru šilumokaičių tipu, nes... Ant stogo montuojamas rekuperatorius – tai specifinis, atskiro tipo vėdinimo įrenginys su rekuperatoriumi.
Ant stogo montuojami šilumokaičiai tinka didelėms vieno tūrio patalpoms ir yra projektavimo, montavimo ir eksploatavimo paprastumo viršūnė. Jai sumontuoti užtenka padaryti reikiamą langą pastato stoge, sumontuoti specialų apkrovą paskirstantį „stiklą“ ir jame sumontuoti stogo šilumokaitį. Tai paprasta. Oras paimamas iš po lubų patalpoje ir tiekiamas pagal kliento pageidavimą iš po lubų arba į darbuotojų ar prekybos centrų lankytojų kvėpavimo zoną.
Rekuperatorius su tarpiniu aušinimo skysčiu:
O tokio tipo rekuperatorius tinka esamoms vėdinimo sistemoms „atskiras tiekimas – atskiras ištraukimas“.
Na, arba jei neįmanoma pastatyti nauja sistema vėdinimas su tam tikro tipo rekuperatoriumi, kuris apima įtekėjimo ir išmetimo tiekimą į vieną patalpą. Tačiau verta prisiminti, kad tiek plokšteliniai, tiek rotaciniai šilumokaičiai turi didesnį efektyvumą nei glikoliniai.
Šiame straipsnyje mes apsvarstysime tokią šilumos perdavimo charakteristiką kaip atkūrimo koeficientas. Tai rodo, kokiu laipsniu šilumos mainų metu vienas šilumos nešiklis naudoja kitą. Atkūrimo koeficientas gali būti vadinamas šilumos atgavimo koeficientu, šilumos perdavimo efektyvumu arba terminiu naudingumu.
Pirmoje straipsnio dalyje pabandysime surasti universalius šilumos perdavimo ryšius. Juos galima gauti pagal bendriausius fizinius principus ir nereikalauja jokių matavimų. Antroje dalyje pateiksime realiųjų atkūrimo koeficientų priklausomybę nuo pagrindinių šilumos mainų charakteristikų tikroms oro užuolaidoms arba atskirai vandens-oro šilumos mainų mazgams, apie kuriuos jau buvo kalbama straipsniuose „Šilumos užuolaidos galia esant savavališkam aušinimo skysčiui. ir oro srauto greitis. Eksperimentinių duomenų interpretavimas“ ir „Šilumos užuolaidos galia esant savavališkiems aušinimo skysčio ir oro srautams. Šilumos perdavimo proceso invariantai“, išspausdintas žurnalo „Klimato pasaulis“ atitinkamai 80 ir 83 numeriuose. Bus parodyta, kaip koeficientai priklauso nuo šilumokaičio charakteristikų, taip pat kaip juos įtakoja aušinimo skysčio srautai. Bus paaiškinti kai kurie šilumos perdavimo paradoksai, ypač didelės atkūrimo koeficiento vertės paradoksas su dideliu aušinimo skysčio srauto skirtumu. Norėdami supaprastinti regeneravimo sąvoką ir jo kiekybinio apibrėžimo (koeficiento) reikšmę, panagrinėsime oras-oras šilumokaičių pavyzdį. Tai leis mums nustatyti požiūrį į reiškinio prasmę, kurią vėliau galima išplėsti iki bet kokių mainų, įskaitant „vanduo - oras“. Atkreipkite dėmesį, kad oras-oras šilumos mainų blokuose gali būti organizuojamos tiek kryžminės srovės, kurios iš esmės panašios į šilumokaičius vanduo-oras, tiek šilumokaičių priešpriešinės srovės. Esant priešpriešinėms srovėms, kurios nustato didelės vertės atkūrimo koeficientai, praktiniai šilumos perdavimo modeliai gali šiek tiek skirtis nuo anksčiau aptartų. Svarbu, kad universalūs šilumos perdavimo dėsniai galiotų bet kokio tipo šilumos mainų įrenginiams. Straipsnio aptarime manysime, kad šilumos perdavimo metu išsaugoma energija. Tai prilygsta sakymui, kad spinduliavimo galia ir šilumos konvekcija iš kūno šiluminė įranga, nustatomi pagal korpuso temperatūrą, yra maži, palyginti su naudingosios šilumos perdavimo galia. Taip pat manysime, kad nešiklių šiluminė talpa nepriklauso nuo jų temperatūrų.
KADA SVARBU AUKŠTAS ATGAVIMO SANTYKIS?
Galima manyti, kad galimybė perduoti tam tikrą šiluminės galios kiekį yra viena iš pagrindinių bet kurios šiluminės įrangos savybių. Kuo didesnė ši galimybė, tuo brangesnė įranga. Atkūrimo koeficientas teoriškai gali svyruoti nuo 0 iki 100%, tačiau praktiškai jis dažnai svyruoja nuo 25 iki 95%. Intuityviai galima daryti prielaidą, kad didelis atkūrimo koeficientas, taip pat galimybė perduoti didelę galią, reiškia aukštas vartotojiškas įrangos savybes. Tačiau iš tikrųjų toks tiesioginis ryšys nepastebimas, viskas priklauso nuo šilumos mainų naudojimo sąlygų. Kada didelis šilumos atgavimo laipsnis yra svarbus, o kada antraeilis? Jei aušinimo skystis, iš kurio imamas šiluma arba šaltis, naudojamas tik vieną kartą, tai yra, nėra kilpinis, o iškart po panaudojimo negrįžtamai išleidžiamas į išorinė aplinka, tada už efektyvus naudojimasŠiai šilumai patartina naudoti įrenginį su dideliu atkūrimo koeficientu. Pavyzdžiai: šilumos ar šalčio naudojimas iš dalies geoterminių įrenginių, atvirų rezervuarų, technologinio šilumos pertekliaus šaltinių, kur neįmanoma uždaryti aušinimo skysčio kontūro. Didelis atgavimas yra svarbus, kai skaičiavimas šilumos tinkle atliekamas tik pagal vandens srautą ir tiesioginio vandens temperatūrą. Oras-oras šilumokaičiams tai yra išmetamo oro šilumos panaudojimas, kuris iškart po šilumos mainų patenka į išorinę aplinką. Kitas kraštutinis atvejis pasitaiko, kai už aušinimo skystį mokama griežtai pagal iš jo paimamą energiją. Galima vadinti idealus variantasšilumos tinklai. Tada galime pasakyti, kad toks parametras kaip atkūrimo koeficientas neturi jokios reikšmės. Nors, atsižvelgiant į nešiklio grįžtamosios temperatūros apribojimus, atkūrimo koeficientas taip pat yra prasmingas. Atminkite, kad tam tikromis sąlygomis pageidautinas mažesnis įrangos atkūrimo greitis.
REGISTRAVIMO FAKTORIŲ NUSTATYMAS
Atkūrimo koeficiento apibrėžimas pateiktas daugelyje Žinynai(Pavyzdžiui, , ). Jei šiluma keičiasi tarp dviejų terpių 1 ir 2 (1 pav.),
kurių šiluminės talpos c 1 ir c 2 (J/kgxK) ir masės srautai g 1 ir g 2 (kg/s) atitinkamai, tada šilumos mainų atgavimo koeficientą galima pateikti dviejų lygiaverčių santykių forma:
= (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)
Šioje išraiškoje T 1 ir T 2 yra galutinės šių dviejų terpių temperatūros, T 1 0 ir T 2 0 yra pradinės, o (cg) min yra mažiausia iš dviejų vadinamųjų terminių reikšmių. šių terpių ekvivalentas (W/K), kai srautas g 1 ir g 2, (cg) min = min ((su 1 g 1), (su 2 g 2)). Norėdami apskaičiuoti koeficientą, galite naudoti bet kurią iš išraiškų, nes jų skaitikliai, kurių kiekvienas išreiškia pilna jėgašilumos perdavimas (2) yra lygus.
W = (c 1 g 1) (T 1 - T 1 0) = (c 2 g 2) (T 2 0 - T 2). (2)
Antroji lygybė (2) gali būti laikoma energijos tvermės šilumos perdavimo metu dėsnio, kuris šiluminiams procesams vadinamas pirmuoju termodinamikos dėsniu, išraiška. Galima pastebėti, kad bet kuriame iš dviejų lygiaverčių (1) apibrėžimų yra tik trys iš keturių mainų temperatūrų. Kaip minėta, vertė tampa reikšminga, kai po naudojimo vienas iš aušinimo skysčių išmetamas. Iš to išplaukia, kad (1) visada galima pasirinkti dvi išraiškas, kad galutinė šio nešiklio temperatūra būtų neįtraukiama į skaičiavimo išraišką. Pateikime pavyzdžių.
a) Šilumos atgavimas iš išmetamo oro
Garsus pavyzdys Didelės reikiamos vertės šilumokaitis gali tarnauti kaip šalinamo oro šilumos rekuperatorius tiekiamam orui šildyti (2 pav.).
Jei šalinamo oro temperatūrą pažymėsime kaip T patalpą, gatvės oro – T st, o tiekiamo oro temperatūrą po šildymo rekuperatoriuje – T pr, tai, atsižvelgiant į tą pačią dviejų oro srautų šiluminių pajėgumų vertę. (jie beveik vienodi, jei neatsižvelgsime į mažas priklausomybes nuo drėgmės ir oro temperatūros), galime gauti gerą žinomą posakį:
G pr (T pr - T st) / g min (T kambarys - T st). (3)
Šioje formulėje gmin reiškia mažiausią g min = min(g in, g out) iš dviejų antrojo tiekiamo oro srauto gino ir šalinamo oro podagros. Kai tiekiamo oro srautas neviršija išmetamo oro srauto, formulė (3) supaprastinama ir sumažinama iki formos = (T pr - T st) / (T kambarys - T st). Temperatūra, į kurią (3) formulėje neatsižvelgiama, yra išmetamo oro temperatūra T’ praėjus pro šilumokaitį.
b) Rekuperacija oro užuolaidoje arba savavališkame vandens-oro šildytuve
Nes visų akivaizdoje galimi variantai vienintelė temperatūra, kurios reikšmė gali būti nereikšminga, yra temperatūra grąžinti vandenį T x, jis turėtų būti neįtrauktas į atkūrimo koeficiento išraišką. Jeigu žymėtume aplinkos oro temperatūrą oro užuolaida T 0 šildoma oro užuolaida - T, ir temperatūra, patenkanti į šilumokaitį karštas vanduo T g, (3 pav.), nes gauname:
Cg(T – T 0) / (cg) min (T g – T 0). (4)
Šioje formulėje c yra oro šiluminė talpa, g yra antroji masės oro srauto greitis.
Pavadinimas (сg) min yra mažiausia vertė iš oro сg ir vandens с W G šiluminiai ekvivalentai, с W – vandens šiluminė talpa, G – antrasis vandens masės srautas: (сg) min = min((сg), (с W G)). Jei oro srautas santykinai mažas ir oro ekvivalentas neviršija vandens ekvivalento, formulė taip pat supaprastinama: = (T - T 0) / (T g - T 0).
FIZINĖ ATGAVIMO FAKTORIUS
Galima daryti prielaidą, kad šilumos atgavimo koeficiento reikšmė yra kiekybinė energijos perdavimo termodinaminio naudingumo išraiška. Yra žinoma, kad šilumos perdavimo efektyvumą riboja antrasis termodinamikos dėsnis, kuris taip pat žinomas kaip nemažėjančios entropijos dėsnis.
Tačiau galima įrodyti, kad tai iš tikrųjų yra termodinaminis efektyvumas nemažėjančios entropijos prasme tik dviejų šilumą keičiančių terpių šiluminių ekvivalentų lygybės atveju. Bendruoju ekvivalentų nelygybės atveju didžiausia galima teorinė reikšmė = 1 yra dėl Klausijaus postulato, kuris teigiama taip: „Šiluma negali būti perduota iš šaltesnio kūno į šiltesnį, jei tuo pačiu metu nėra kitų pokyčių, susijusių su šis perdavimas“. Šiame apibrėžime kiti pakeitimai reiškia darbą, kuris atliekamas sistemoje, pavyzdžiui, per atvirkštinį Carnot ciklą, kurio pagrindu veikia oro kondicionieriai. Atsižvelgiant į tai, kad siurbliai ir ventiliatoriai, keisdami šilumą su tokiais nešikliais kaip vanduo, oras ir kt., atlieka nežymų darbą, palyginti su šilumos mainų energija, galime daryti prielaidą, kad esant tokiai šilumos mainai, Clausiaus postulatas yra įvykdytas. aukštas laipsnis tikslumu.
Nors visuotinai pripažįstama, kad ir Clausius postulatas, ir nemažėjančios entropijos principas yra tik skirtingos antrojo termodinamikos dėsnio išraiškos. uždaros sistemos, Tai yra blogai. Norėdami paneigti jų lygiavertiškumą, parodysime, kad jie paprastai gali sukelti įvairius šilumos perdavimo apribojimus. Nagrinėkime rekuperatorių oras-oras, kai dviejų mainų terpių šiluminiai ekvivalentai yra vienodi, o tai, esant vienodai šiluminei talpai, reiškia dviejų oro srautų masės srautų vienodumą ir = (T ave - T st ) / (T kambarys - T g.). Tikslumui, tegul kambario temperatūra T kambarys = 20 o C, o gatvės temperatūra T street = 0 o C. Jei visiškai nepaisysime latentinis karštis oro, kuris nustatomas pagal jo drėgmę, tada, kaip matyti iš (3), tiekiamo oro temperatūra T pr = 16 o C atitinka regeneravimo koeficientą = 0,8, o esant T pr = 20 o C ji pasieks a. reikšmė 1. (Į gatvę išmetamo oro temperatūra šiais atvejais oro T' bus atitinkamai 4 o C ir 0 o C). Parodykime, kad tiksliai = 1 yra didžiausias šiuo atveju. Juk net jei tiekiamo oro temperatūra T pr = 24 o C, o į gatvę išmetamas oras T' = –4 o C, tai pirmasis termodinamikos dėsnis (energijos tvermės dėsnis) nebūtų pažeistas. Kas sekundę E = cg·24 o C Į gatvės orą bus perkeliami džauliai energijos ir tiek pat paimama iš patalpų oro ir tuo pačiu bus lygi 1,2, arba 120%. Tačiau toks šilumos perdavimas neįmanomas būtent dėl to, kad sistemos entropija sumažės, o tai draudžia antrasis termodinamikos dėsnis.
Iš tiesų, pagal entropijos S apibrėžimą, jos pokytis yra susijęs su bendros dujų Q energijos pokyčiu santykiu dS = dQ/T (temperatūra matuojama kelvinais), ir atsižvelgiant į tai, kad kai pastovus slėgis dujos dQ = mcdT, m yra dujų masė, c (arba kaip dažnai žymima p) yra šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui, dS = mc dT/T. Taigi S = mc ln(T 2 / T 1), kur T 1 ir T 2 yra pradinė ir galutinė dujų temperatūra. Formulės (3) žymėjime antrajam tiekiamo oro entropijos pokyčiui gauname Spr = сg ln(Tpr / Tul), jei gatvės oras šildomas, jis yra teigiamas. Norėdami pakeisti išmetamo oro entropiją Svyt = s g ln(T / Troom). Visos sistemos entropijos pokytis per 1 sekundę:
S = S pr + S out = cg(ln(T pr / T st) + ln(T' / T kambarys)). (5)
Visais atvejais laikysime, kad T gatvė = 273K, T kambarys = 293K. Jei = 0,8 iš (3), T pr = 289K ir iš (2) T' = 277K, tai leis jums apskaičiuoti bendras pokytis entropija S =0,8 = 8 10 –4 cg. Esant = 1, panašiai gauname T pr = 293K ir T' = 273K, o entropija, kaip ir galima tikėtis, išlieka S =1 = 0. Hipotetinis atvejis = 1,2 atitinka T pr = 297K ir T' = 269K , o skaičiavimas parodo entropijos mažėjimą: S =1,2 = –1,2 10 –4 cg. Šis skaičiavimas gali būti laikomas šio proceso neįmanomumo pagrindimu c = 1,2, o apskritai bet kuriam > 1 ir dėl S.< 0.
Taigi, esant srautui, kuris suteikia vienodus dviejų terpių šiluminius ekvivalentus (identiškoms terpėms tai atitinka vienodus srautus), atkūrimo koeficientas lemia mainų efektyvumą ta prasme, kad = 1 apibrėžia ribinį entropijos išsaugojimo atvejį. Šiuo atveju Clausius postulatas ir nemažėjančios entropijos principas yra lygiaverčiai.
Dabar apsvarstykite nevienodus oro srauto greičius šilumos mainams oras-oras. Tegu, pavyzdžiui, tiekiamo oro masės srautas yra 2g, o ištraukiamo oro masės greitis yra g. Entropijos pokyčiui esant tokiam srautui gauname:
S = S pr + S out = 2s g ln(T pr / T st) + s g ln(T' / T kambarys). (6)
Jei = 1 esant toms pačioms pradinėms temperatūroms T st = 273 K ir T kambarys = 293 K, naudojant (3) gauname T pr = 283 K, nes g pr / g min = 2. Tada iš energijos tvermės dėsnio (2) gauname reikšmę T ' = 273K. Jei šias temperatūros reikšmes pakeisime į (6), tai visiškai pasikeitus entropijai, gauname S = 0,00125сg > 0. Tai yra, net ir palankiausiu atveju, kai = 1, procesas tampa termodinamiškai neoptimalus padidėjus entropijai ir dėl to, priešingai nei su vienodomis išlaidomis, ji visada yra negrįžtama.
Norėdami įvertinti šio padidėjimo mastą, rasime jau nagrinėtą lygių išlaidų keitimo susigrąžinimo koeficientą, kad šio pasikeitimo rezultatas būtų toks pat entropijos kiekis, kaip ir sąnaudoms, kurios skiriasi 2 kartus. = 1. Kitaip tariant, įvertinsime termodinaminį neoptimalumą keičiant skirtingas išlaidas už idealios sąlygos. Visų pirma, pats entropijos pokytis mažai ką pasako, daug informatyviau yra atsižvelgti į entropijos pokyčio ir šilumos mainų perduodamos energijos santykį. Atsižvelgiant į tai, kad aukščiau pateiktame pavyzdyje entropijai padidėjus S = 0,00125cg, perduodama energija E = cg pr (T pr - T str) = 2c g 10K. Taigi santykis S / E = 6,25 10 –5 K -1. Nesunku patikrinti, ar regeneravimo koeficientas = 0,75026 lemia tą pačią mainų „kokybę“ esant vienodiems srautams... Iš tiesų, esant toms pačioms pradinėms temperatūroms T st = 273 K ir T kambarys = 293 K ir vienodiems srautams, šis koeficientas atitinka temperatūras T re = 288 K ir T' = 278 K. Naudodami (5) gauname entropijos pokytį S = 0,000937сg ir atsižvelgdami į tai, kad E = сg(T pr - T str) = сg 15К, gauname S/E = 6,25 10 –5 К -1 . Taigi, termodinaminės kokybės požiūriu šilumos perdavimas esant = 1 ir esant du kartus skirtingiems srautams atitinka šilumos perdavimą esant = 0,75026... esant vienodiems srautams.
Kitas klausimas, kurį galime užduoti, yra toks: su kokia turėtų būti hipotetinė mainų temperatūra skirtingos išlaidos kad šis įsivaizduojamas procesas vyktų nedidinant entropijos?
Jei = 1,32, esant toms pačioms pradinėms temperatūroms T st = 273 K ir T kambarys = 293 K, naudojant (3) gauname T pr = 286,2 K ir iš energijos tvermės dėsnio (2) T' = 266,6 K. Jei šias reikšmes pakeisime į (6), tada visiškam entropijos pokyčiui gauname cg(2ln(286.2 / 273) + ln(266.6 / 293)) 0. Energijos tvermės dėsnis ir ne dėsnis - mažėjanti entropija šioms temperatūros reikšmėms yra patenkinama, tačiau pasikeitimas neįmanomas dėl to, kad T' = 266,6 K nepriklauso pradiniam temperatūros diapazonui. Tai tiesiogiai pažeistų Clausiaus postulatą, perkeliant energiją iš šaltesnės aplinkos į šiltesnę. Vadinasi, šis procesas yra neįmanomas, kaip ir kiti neįmanomi ne tik išsaugant entropiją, bet net ir ją padidėjus, kai kurios nors terpės galutinės temperatūros peržengia pradinį temperatūrų diapazoną (T gatvė, T kambarys).
Esant srautams, kurie suteikia nevienodus mainų terpės šiluminius ekvivalentus, šilumos perdavimo procesas iš esmės yra negrįžtamas ir vyksta didėjant sistemos entropijai, net ir esant efektyviausiam šilumos perdavimui. Šie argumentai galioja ir dviem skirtingos šiluminės talpos terpėms, svarbu tik tai, ar šių terpių šiluminiai ekvivalentai sutampa, ar ne.
MINIMALIOS ŠILUMOS MAITINIMO KOKYBĖS PARADOKSAS, KURIO REGISTRAVIMO SANTYKIS 1/2
Šioje pastraipoje nagrinėjame tris šilumos mainų atvejus, kurių atkūrimo koeficientai yra atitinkamai 0, 1/2 ir 1. Tegul per šilumokaičius praeina vienodi srautai vienodos šiluminės talpos šilumą keičiančių terpių su tam tikromis skirtingomis pradinėmis temperatūromis T 1 0 ir T 2 0. Kai atkūrimo koeficientas yra 1, dvi terpės tiesiog keičia temperatūros vertes, o galutinės temperatūros atspindi pradines temperatūras T 1 = T 2 0 ir T 2 = T 1 0. Akivaizdu, kad entropija šiuo atveju S = 0 nesikeičia, nes prie išėjimo yra tokios pat temperatūros terpės kaip ir prie įėjimo. Kai atkūrimo koeficientas yra 1/2, galutinės abiejų terpių temperatūros bus lygios vidutinėms aritmetinė vertė pradinės temperatūros: T 1 = T 2 = 1/2 (T 1 0 + T 2 0). Įvyks negrįžtamas temperatūros išlyginimo procesas, ir tai prilygsta entropijos padidėjimui S > 0. Esant atkūrimo koeficientui 0, šilumos perdavimo nėra. Tai yra, T 1 = T 1 0 ir T 2 = T 2 0, o galutinės būsenos entropija nepasikeis, kuri yra panaši į galutinę sistemos būseną, kurios atkūrimo koeficientas lygus 1. Kaip ir būsena c = 1 yra identiška būsenai c = 0, taip pat pagal analogiją galima parodyti, kad būsena = 0,9 yra identiška būsenai c = 0,1 ir tt Šiuo atveju būsena c = 0,5 atitiks didžiausią entropijos padidėjimą visi galimi koeficientai. Matyt, = 0,5 atitinka minimalios kokybės šilumos perdavimą.
Žinoma, tai netiesa. Paradokso paaiškinimas turėtų prasidėti tuo, kad šilumos mainai yra energijos mainai. Jei entropija dėl šilumos mainų padidėjo tam tikru kiekiu, tada šilumos mainų kokybė skirsis priklausomai nuo to, ar buvo perduota 1 J, ar 10 J, teisingiau laikyti ne absoliutų entropijos pokytį S (. Tiesą sakant, jo gamyba šilumokaityje), tačiau pokyčio entropijos ir perduotos energijos E santykis Akivaizdu, kad esant skirtingiems temperatūrų rinkiniams, šios vertės gali būti apskaičiuotos = 0,5. Sunkiau apskaičiuoti šį santykį = 0, nes tai yra 0/0 formos neapibrėžtis. Tačiau nesunku nustatyti santykį iki 0, kurį praktiškai galima gauti imant šį santykį labai mažomis reikšmėmis, pavyzdžiui, 0,0001. 1 ir 2 lentelėse pateikiame šias vertes įvairioms pradinės temperatūros sąlygoms.
Esant bet kokioms vertėms ir kasdieniams temperatūros intervalams T kambarys ir T kambarys (laikysime, kad T kambarys / T x x
S / E (1 / T st - 1 / T kambarys) (1 -). (7)
Iš tiesų, jei pažymime T kambarys = T gatvė (1 + x), 0< x
1 diagramoje parodyta ši priklausomybė nuo temperatūrų T st = 300K T kambarys = 380K.
Ši kreivė nėra tiesi linija, nustatyta aproksimacija (7), nors ji yra pakankamai artima jai, kad grafike jos nesiskiria. Formulė (7) rodo, kad šilumos perdavimo kokybė yra minimali tiksliai esant = 0. Padarykime dar vieną S / E skalės įvertį. Pateiktame pavyzdyje nagrinėjame dviejų šilumos rezervuarų, kurių temperatūra yra T 1 ir T 2, ryšį (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 minimali kokybėšilumos perdavimas S / E = 1 / T 1 0 –1 / T 2 0 tiksliai realizuojamas esant -> 0 ir savavališku aušinimo skysčio srauto santykiu.
ŠILUMOS PERDAVIMO KOKYBĖS POKYČIAI ESANT SKIRTINGŲ ŠILDYMO SRAUTŲ IŠLAIDŲ
Darysime prielaidą, kad aušinimo skysčio srautai skiriasi n koeficientu, o šilumos mainai vyksta kuo kokybiškiau (= 1). Kokią šilumos mainų kokybę vienodais srautais tai atitiks? Norėdami atsakyti į šį klausimą, pažiūrėkime, kaip S/E vertė veikia esant = 1 įvairiems išlaidų santykiams. Srauto skirtumui n = 2, šis atitikimas jau buvo apskaičiuotas 3 punkte: = 1 n=2 atitinka = 0,75026... tiems patiems srautams. 3 lentelėje pateikiame 300K ir 350K temperatūrų rinkinį santykinis pokytis entropija esant vienodiems aušinimo skysčių srautams, turintiems tą pačią šiluminę talpą, esant skirtingoms vertėms.
4 lentelėje taip pat pateikiamas santykinis entropijos pokytis esant įvairiems srauto santykiams n tik esant didžiausiam įmanomam šilumos perdavimo efektyvumui (= 1) ir atitinkami naudingumo koeficientai, lemiantys vienodą kokybę esant vienodiems srautams.
Pateikiame gautą priklausomybę (n) nuo 2 grafiko.
Esant begaliniam kaštų skirtumui, jis linkęs į galutinę 0,46745 ribą... Galima parodyti, kad tai universali priklausomybė. Jis galioja bet kokioms pradinėms temperatūroms bet kokiems nešikliui, jei vietoj sąnaudų santykio turime omenyje šiluminių ekvivalentų santykį. Jį taip pat galima aproksimuoti hiperbole, kuri grafike nurodoma 3 linija mėlynos spalvos:
„(n) 0,4675+ 0,5325/n. (8)
Raudona linija rodo tikslų ryšį (n):
Jei mainais su savavališku n>1 realizuojamos nevienodos sąnaudos, termodinaminis efektyvumas santykinės entropijos gamybos prasme mažėja. Pateikiame jo įvertinimą iš viršaus be išvedimo:
Šis ryšys siekia tikslią lygybę n>1, artimą 0 arba 1, o tarpinėms reikšmėms neviršija absoliuti klaida kelis procentus.
Straipsnio pabaiga bus pristatyta viename iš kitų žurnalo „KLIMATO PASAULIS“ numerių. Naudodamiesi realių šilumos mainų agregatų pavyzdžiais, surasime regeneravimo koeficientų reikšmes ir parodysime, kiek jas lemia įrenginio charakteristikos, o kiek aušinimo skysčio srautai.
LITERATŪRA
- Puhovas A. oro. Eksperimentinių duomenų interpretavimas. // Klimato pasaulis. 2013. Nr. 80. P. 110.
- Puhovas A. B. Šiluminės užuolaidos galia esant savavališkiems aušinimo skysčio srautams ir oro. Šilumos perdavimo proceso invariantai. // Klimato pasaulis. 2014. Nr 83. P. 202.
- Byla W. M., London A. L. Kompaktiški šilumokaičiai. . M.: Energija, 1967. P. 23.
- Wang H. Pagrindinės formulės ir duomenys apie šilumos perdavimas inžinieriams. . M.: Atomizdat, 1979. P. 138.
- Kadomcevas B. B. Dinamika ir informacija // Sėkmės fiziniai mokslai. T. 164. 1994. Nr. 5 d., gegužės mėn. P. 453.
Puchovas Aleksejus Viačeslavovičius,
Techninis direktorius
Kompanija Tropic Line
Namuose, kuriuose gerai veikia vėdinimo sistema, žmogus jaučiasi labai patogiai, rečiau serga.
Tačiau norint užtikrinti tradicinį gerą vėdinimą, būtina gerokai padidinti šildymo ir oro kondicionavimo išlaidas (norint palaikyti normalią oro temperatūrą namuose).
Kas yra oro rekuperatorius?
Šiais laikais naudojama patobulinta vėdinimo sistema specialius įrenginius, kuris gali ženkliai sumažinti šilumos nuostolius žiemą, kai išleidžiamas oras, ir neleisti šilumai patekti į namus vasarą, kai perkaitintas oras tiekiamas iš gatvės. Šis prietaisas vadinamas oro rekuperatorius , 1 nuotrauka.
Nuotrauka 1. Oro rekuperatorius namo vėdinimo sistemoje
At teisingas montavimas ir veikiant, oro rekuperatorius gali „grąžinti“ 2/3 šilumos, kuri pasišalina su perdirbtu oru. Visų rekuperatorių struktūroje yra filtrai tiekiamam orui valyti ir, priklausomai nuo modifikacijos, valymo kokybė gali skirtis.
Oro rekuperatoriaus naudojimo privalumai bendra sistema ventiliacija:
- Sumažina šildymo ir vėdinimo išlaidas (iki 30...50%).
- Patogus mikroklimatas namuose, nuolat grynas oras.
- Sumažina dulkių kiekį namuose.
- Mažos veiklos sąnaudos.
- Nesunkus montavimas.
- Įranga yra patvari.
Oro rekuperatoriaus dizainas
Oro rekuperatorius susideda iš dviejų kamerų, kurios eina arti viena kitos, 2 nuotrauka. Tarp kamerų vyksta šilumos mainai, o tai leidžia žiemos laikasšildyti tiekiamo oro srautą dėl išmetimo srauto šilumos, o vasarą atvirkščiai.
2 nuotrauka. Schema oro rekuperatoriaus veikimas
Rekuperatorių tipai
Yra šių tipų oro rekuperatoriai.
- lamelinis;
- rotacinis;
- vandens;
- stogo danga
Plokštelinis rekuperatorius
Plokštelinis rekuperatorius yra korpusas, į kurį įeina ir išeina vamzdžiai stačiakampė sekcija. Viena dviejų vamzdžių pusė liečiasi, o tai užtikrina šilumos mainus tarp jų. Vamzdžių viduje yra cinkuotos plokštės, kurios šildo, vėsina ir perduoda šilumą, 3 nuotrauka. Plokšteliniame rekuperatoriuje tiekiamo ir šalinamo oro srautai nesimaišo.
Plokštės pagamintos iš medžiagos, turinčios didelį šilumos laidumą, įskaitant:
- specialus plastikas;
- varis;
- aliuminio.
Nuotrauka 3. Plokštelinis oro rekuperatorius
Plokštinio oro rekuperatoriaus privalumai :
- kompaktiška;
- santykinai nebrangūs;
- tylus veikimas;
- didelis įrenginio našumas (efektyvumas 45...65%);
- nėra elektros pavaros ar priklausomybės nuo elektros;
- ilgas tarnavimo laikas (praktiškai nesugenda).
Plokštinio oro rekuperatoriaus trūkumas:
- Žiemą, esant šalnoms, yra didelė tikimybė, kad užšals išmetimo mechanizmas.
- Drėgmės mainai nevyksta.
- cilindras;
- besisukantis būgnas (rotorius);
- rėmelis.
Cilindro viduje yra daug plonų gofruotų metalinių plokščių (šilumokaičių).
Nuotrauka 4. Rotacinis rekuperatorius
Naudodamas besisukantį būgną, rekuperatorius veikia dviem režimais:
1 – išmetamųjų dujų srauto praėjimas iš patalpos;
2 – praleidžiamas tiekiamo oro srautas.
Rotacinio rekuperatoriaus darbą valdo jo elektronika, kuri, priklausomai nuo išorinės ir vidinės temperatūros, lemia apsisukimų skaičių ir darbo režimą. Taigi metalinės plokštės arba įkaista, arba išskiria šilumą.
Rotorinio tipo rekuperatorius gali turėti vieną arba du rotorius.
Rotacinio rekuperatoriaus privalumai:
- Didelis prietaiso efektyvumas. Efektyvumas siekia iki 87%.
- Žiemą prietaisas neužšąla.
- Nedžiovina oro. Iš dalies grąžina drėgmę atgal į kambarį.
Rotacinio rekuperatoriaus trūkumai:
- Dideli įrangos matmenys.
- Priklausomybė nuo elektros.
Taikymo sritis:
- Privatūs namai;
- Biuro patalpos.
- Garažai.
Vandens rekuperatorius
Vandens rekuperatorius (recirkuliacija) – tai rekuperatorius, kuriame šilumokaitis yra vanduo arba antifrizas, 5 nuotrauka. Šis rekuperatorius savo konstrukcija yra panašus į tradicinę šildymo sistemą. Šilumokaičio skystis šildomas išmetamu oru, o tiekiamas oras šildomas šilumokaičiu.
Nuotrauka 5. Vandens rekuperatorius
Vandens rekuperatoriaus privalumai:
- Normalus veiklos efektyvumo, naudingumo rodiklis yra 50...65%.
- Galimybė atskiras jo dalis montuoti skirtingose vietose.
Vandens rekuperatoriaus trūkumai:
- Sudėtingas dizainas.
- Drėgmės keitimas neįmanomas.
- Priklausomybė nuo elektros.
yra pramoniniam naudojimui skirtas rekuperatorius. Šio tipo rekuperatoriaus efektyvumas yra 55…68%.
Ši įranga nenaudojama privatiems namams ir butams.
Nuotrauka 6. Stogo oro rekuperatorius
Pagrindiniai privalumai:
- Žema kaina.
- Veikimas be problemų.
- Lengva montuoti.
Savarankiškas rekuperatorius
Jei turite noro, oro rekuperatorių galite pasigaminti patys. Norėdami tai padaryti, galite atidžiai išstudijuoti internete esančias rekuperatorių schemas ir nuspręsti dėl pagrindinių įrenginio matmenų.
Pažvelkime į darbų seką:
- Medžiagų parinkimas rekuperatoriui.
- Atskirų elementų gamyba.
- Šilumokaičio gamyba.
- Korpuso ir jo izoliacijos surinkimas.
Lengviausias būdas pasigaminti plokštelinį rekuperatorių.
Korpusui gaminti gali būti naudojamos šios medžiagos:
- lakštinis metalas (plienas);
- plastmasinis;
- medis.
Norėdami izoliuoti kūną, galite naudoti šias medžiagas:
- stiklo pluoštas;
- mineralinė vata;
- Putų polistirolas.
Konevas Aleksandras Anatoljevičius
