Elektriniai varikliai skirti važiuoti įvairių mechanizmų, tačiau užbaigus judesį mechanizmas turi būti sustabdytas. Tam taip pat galite naudoti elektrinė mašina ir atkūrimo metodas. Šiame straipsnyje paaiškinama, kas yra energijos atgavimas.

Kas yra atsigavimas

Šio proceso pavadinimas kilęs iš lotyniško žodžio „recuperatio“, kuris verčiamas kaip „gavimas atgal“. Tai yra dalies energijos ar medžiagų, panaudotų pakartotiniam naudojimui, grąžinimas.

Šis procesas plačiai naudojamas elektrinėse transporto priemonėse, ypač varomose baterijomis. Važiuojant nuokalne ir stabdant rekuperacinė sistema grąžina kinetinę judėjimo energiją atgal į akumuliatorių, juos įkrauna. Tai leidžia nukeliauti didesnį atstumą be įkrovimo.

Regeneracinis stabdymas

Vienas stabdžių tipas yra regeneracinis. Šiuo atveju elektros variklio sukimosi greitis yra didesnis nei nurodyta parametrais tinklai: nuolatinės srovės variklių armatūros ir lauko apvijų įtampa arba sinchroninių arba asinchroninių variklių maitinimo įtampos dažnis. Tokiu atveju elektros variklis persijungia į generatoriaus režimą ir generuojamą energiją išleidžia atgal į tinklą.

Pagrindinis rekuperatoriaus privalumas – energijos taupymas. Tai ypač pastebima važinėjant po miestą nuolat besikeičiančiu greičiu, priemiestiniu elektriniu transportu ir metro su daugybe sustojimų bei stabdant priešais juos.

Be privalumų, atkūrimas turi ir trūkumų:

• neįmanoma visiškai sustabdyti transporto;
• lėtas sustojimas mažu greičiu;
• stabdymo jėgos trūkumas stovint.

Norėdami kompensuoti šiuos trūkumus, transporto priemonių sumontuota papildoma mechaninė stabdžių sistema.

Kaip veikia atkūrimo sistema?

Kad ši sistema veiktų, ji turi tiekti elektros variklį ir grąžinti energiją stabdymo metu. Tai lengviausia padaryti miesto elektrinėse transporto priemonėse, taip pat senesnėse elektrinėse transporto priemonėse su švino akumuliatoriais, nuolatinės srovės varikliais ir kontaktoriais – perjungiant žemesnę pavarą, kai didelis greitis Energijos atkūrimo režimas įjungiamas automatiškai.

Šiuolaikiniame transporte vietoj kontaktorių naudojamas PWM valdiklis. Šis įrenginys leidžia grąžinti energiją tiek į nuolatinės, tiek į kintamosios srovės tinklus. Veikimo metu jis veikia kaip lygintuvas, o stabdymo metu nustato tinklo dažnį ir fazę, sukurdamas atvirkštinę srovę.

Įdomus. Kai vyksta nuolatinės srovės elektros variklių dinaminis stabdymas, jie taip pat persijungia į generatoriaus režimą, tačiau sukurta energija negrąžinama į tinklą, o išsisklaido papildomoje varžoje.

Galios nusileidimas

Be stabdymo, rekuperatorius naudojamas greičio mažinimui nuleidžiant krovinius kėlimo mechanizmais ir važiuojant nuožulniu elektromobilių keliu. Taip nebereikia naudoti susidėvėjusio mechaninio stabdžio.

Atkūrimo taikymas transporte

Šis stabdymo būdas naudojamas daugelį metų. Priklausomai nuo transporto rūšies, jo pritaikymas turi savo ypatybes.

Elektromobiliuose ir elektriniuose dviračiuose

Važiuojant keliu, o tuo labiau bekele, elektrinė pavara beveik visą laiką veikia traukos režimu, o prieš sustojimą ar sankryžoje – „važinėjama pakrante“. Sustojimas atliekamas naudojant mechaninius stabdžius dėl to, kad esant mažam greičiui rekuperacija yra neefektyvi.

Be to, baterijų efektyvumas įkrovimo-iškrovimo cikle toli gražu nėra 100%. Todėl, nors tokios sistemos montuojamos elektromobiliuose, jos nesuteikia didelio akumuliatoriaus taupymo.

Ant geležinkelio

Rekuperacija elektriniuose lokomotyvuose vykdoma traukos varikliais. Tuo pačiu metu jie įsijungia generatoriaus režimu, paverčiant traukinio kinetinę energiją į elektros energiją. Ši energija grąžinama į tinklą, priešingai nei reostatinis stabdymas, dėl kurio reostatai įkaista.

Rekuperacija taip pat naudojama ilgų važiavimų nuokalnės metu, siekiant išlaikyti pastovų greitį. Šis metodas taupo elektros energiją, kuri grąžinama atgal į tinklą ir naudojama kitų traukinių.

Anksčiau ši sistema buvo aprūpinta tik nuolatinės srovės maitinimu veikiančiuose lokomotyvuose. Įrenginiuose, veikiančiuose iš kintamosios srovės tinklo, sunku sinchronizuoti tiekiamos energijos dažnį su tinklo dažniu. Dabar ši problema išspręsta naudojant tiristorių keitiklius.

Pogrindyje

Metro, kol važiuoja traukiniai, automobiliai nuolat greitėja ir stabdo. Todėl energijos atgavimas turi didelį ekonominį efektą. Jis pasiekia maksimumą, jei tai vyksta vienu metu skirtinguose traukiniuose toje pačioje stotyje. Į tai atsižvelgiama kuriant tvarkaraštį.

Miesto viešajame transporte

Miesto elektriniame transporte ši sistema įdiegta beveik visuose modeliuose. Jis naudojamas kaip pagrindinis iki 1-2 km/h greičio, po kurio jis tampa neveiksmingas ir vietoj jo įjungiamas stovėjimo stabdys.

Formulėje 1

Nuo 2009 m. kai kuriuose automobiliuose įdiegta rekuperacinė sistema. Šiemet tokie įrenginiai apčiuopiamo pranašumo dar nepateikė.

2010 metais tokios sistemos nebuvo naudojamos. Jų įrengimas, apribojus galią ir atgaunamos energijos kiekį, buvo atnaujintas 2011 m.

Asinchroninių variklių stabdymas

Asinchroninių elektros variklių greičio mažinimas atliekamas trimis būdais:

• atsigavimas;
• opozicija;
• dinamiškas.

Asinchroninio variklio regeneracinis stabdymas

Atsigavimas asinchroniniai varikliai galima trimis atvejais:

• Maitinimo įtampos dažnio keitimas. Galima, kai elektros variklis maitinamas iš dažnio keitiklio. Norint perjungti į stabdymo režimą, dažnis sumažinamas taip, kad rotoriaus sukimosi greitis būtų didesnis nei sinchroninis;
• Apvijų perjungimas ir polių skaičiaus keitimas. Galima tik dviejų ir kelių greičių elektros varikliuose, kuriuose struktūriškai numatyti keli greičiai;
• Galios nusileidimas. Taikoma kėlimo mechanizmai. Šiuose įrenginiuose sumontuoti elektros varikliai su suvyniotu rotoriumi, kurių sukimosi greitis reguliuojamas keičiant prie rotoriaus apvijų prijungtos varžos reikšmę.

Bet kokiu atveju, stabdant, rotorius pradeda aplenkti statoriaus lauką, slydimas tampa didesnis nei 1, o elektrinė mašina pradeda dirbti kaip generatorius, tiekdamas energiją į tinklą.

Opozicija

Priešpriešinio perjungimo režimas atliekamas perjungiant dvi fazes, maitinančias elektros mašiną, ir įjungiant prietaiso sukimąsi priešinga kryptimi.

Galima įjungti su priešpriešiniu papildomų varžų prijungimu statoriaus grandinėje arba suvyniojus rotoriaus apvijas. Tai sumažina srovę ir stabdymo momentą.

Svarbu! Praktikoje šis metodas retai naudojamas dėl srovių, viršijančių 8–10 kartų už vardinę (išskyrus variklius su apvyniotu rotoriu). Be to, prietaisas turi būti laiku išjungtas, kitaip jis pradės suktis priešinga kryptimi.

Dinaminis asinchroninio variklio stabdymas

Šis metodas atliekamas taikant pastovią įtampą statoriaus apvijai. Kad elektrinė mašina veiktų be problemų, stabdymo srovė neturi viršyti 4-5 tuščiosios eigos srovių. Tai pasiekiama įtraukiant papildomą varžą į statoriaus grandinę arba naudojant žeminamąjį transformatorių.

Statoriaus apvijomis tekanti nuolatinė srovė sukuria magnetinį lauką. Kai jis kerta, rotoriaus apvijose sukeliamas EML ir teka srovė. Išlaisvinta galia sukuria stabdymo momentą, kurio stiprumas didesnis, tuo didesnis elektros mašinos sukimosi greitis.

Tiesą sakant asinchroninis elektros variklis dinaminio stabdymo režimu virsta nuolatinės srovės generatoriumi, kurio išėjimo gnybtai trumpai jungiami (mašinoje su voverės narvelio rotoriumi) arba prijungiami prie papildomos varžos (elektrinė mašina su suvyniotu rotoriu).

Regeneracija elektromobiliuose – tai stabdymo būdas, leidžiantis taupyti energiją ir išvengti mechaninių stabdžių nusidėvėjimo.

Vaizdo įrašas

Visi žino, kad yra daugybė patalpų vėdinimo sistemų. Paprasčiausios iš jų yra sistemos atviro tipo(natūralus), pavyzdžiui, naudojant langą arba ventiliaciją.

Tačiau šis vėdinimo būdas yra visiškai neekonomiškas. Be to, norint efektyviai vėdinti, reikia nuolat atviro lango arba skersvėjo. Todėl tokio tipo vėdinimas bus itin neefektyvus. Tiekiamoji ventiliacija su šilumos rekuperacija vis dažniau naudojama gyvenamųjų patalpų vėdinimui.

Paprastais žodžiais tariant, atkūrimas yra identiškas žodžiui „išsaugojimas“. Šilumos atgavimas yra šilumos energijos kaupimo procesas. Taip nutinka dėl to, kad iš kambario išeinantis oro srautas vėsina arba šildo į vidų patenkantį orą. Schematiškai atkūrimo procesą galima pavaizduoti taip:

Vėdinimas su šilumos atgavimu vyksta pagal principą, kuris turėtų atskirti srautus pagal rekuperatoriaus konstrukcines savybes, kad būtų išvengta maišymosi. Tačiau, pavyzdžiui, sukamieji šilumokaičiai nesuteikia galimybės visiškai izoliuoti tiekiamo oro nuo šalinamo oro.

Rekuperatoriaus naudingumo koeficientas gali svyruoti nuo 30 iki 90%. Specialiuose įrenginiuose šis skaičius gali sutaupyti 96 % energijos.

Kas yra oro rekuperatorius

Oras-oras rekuperatorius pagal savo konstrukciją yra šilumos iš išeinančios oro masės atgavimo instaliacija, leidžianti efektyviausiai panaudoti šilumą ar šaltį.

Kodėl verta rinktis rekuperacinę ventiliaciją

Vėdinimas, pagrįstas šilumos atgavimu, turi labai aukštus naudingumo koeficientus. Šis indikatorius apskaičiuojamas pagal rekuperatoriaus realiai pagaminamos šilumos santykį su maksimaliu galimu sukaupti šilumos kiekiu.

Kokie yra oro rekuperatorių tipai?

Šiandien vėdinimą su šilumos atgavimu gali atlikti penkių tipų rekuperatoriai:

1. Lamelinis, kuris turi metalo konstrukcija ir turi aukštą drėgmės pralaidumo lygį;
2. Rotary;
3. Kameros tipas;
4. Rekuperatorius su tarpiniu šilumnešiu;
5. Šilumos vamzdžiai.

Namo vėdinimas su šilumos atgavimu naudojant pirmojo tipo rekuperatorių leidžia iš visų pusių įeinantiems oro srautams tekėti aplink daugelį padidinto šilumos laidumo metalinių plokščių. Tokio tipo rekuperatorių efektyvumas svyruoja nuo 50 iki 75%.

Plokštelių rekuperatorių konstrukcijos ypatumai

• Oro masės nesiliečia;
• Visos dalys yra pritvirtintos;
• Nėra judančių konstrukcinių elementų;
• nesusidaro kondensatas;
• Negali būti naudojamas kaip kambario sausintuvas.

Rotacinių rekuperatorių ypatybės

Rotorinio tipo rekuperatoriai turi konstrukcines savybes, per kurias vyksta šilumos perdavimas tarp rotoriaus tiekimo ir išėjimo kanalų.

Rotaciniai rekuperatoriai padengti folija.

• Efektyvumas iki 85%;
• Taupo energiją;
• Tinka patalpų sausinimui;
• Sumaišoma iki 3% oro iš skirtingų srautų, dėl kurių gali sklisti kvapai;
• Sudėtingas mechaninis dizainas.

Tiekiamoji ir ištraukiamoji ventiliacija su šilumos atgavimu, kurios pagrindu kameriniai rekuperatoriai, naudojamas itin retai, nes turi daug trūkumų:

• Efektyvumas iki 80%;
• Ateinančių srautų maišymas, dėl kurio padidėja kvapų sklaida;
• Judančios konstrukcijos dalys.

Rekuperatoriai remiantis tarpinis aušinimo skystis turi vandens ir glikolio tirpalą. Kartais paprastas vanduo gali veikti kaip toks aušinimo skystis.

Rekuperatorių su tarpiniu šilumnešiu savybės

• Itin mažas efektyvumas iki 55%;
• Visiškai pašalinamas oro srautų maišymasis;
• Taikymo sritis: didelė gamyba.

Vėdinimas su šilumos atgavimu, pagrįstas šilumos vamzdžiais, dažnai susideda iš didelės vamzdžių sistemos, kurioje yra freono. Kaitinamas skystis išgaruoja. Priešingoje rekuperatoriaus dalyje freonas atšąla, dėl to dažnai susidaro kondensatas.

Rekuperatorių su šilumos vamzdžiais savybės

• Nėra judančių dalių;
• Visiškai pašalinama galimybė užteršti orą kvapais;
• Vidutinis efektyvumas yra nuo 50 iki 70%.

Šiandien gaminami kompaktiški agregatai oro masės regeneravimui. Vienas iš pagrindinių mobilių rekuperatorių privalumų – ortakių poreikio nebuvimas.

Pagrindiniai šilumos atgavimo tikslai

1. Norint palaikyti reikiamą drėgmės ir temperatūros lygį patalpose, naudojama šilumos atgavimu pagrįsta vėdinimas.
2. Sveikai odai. Stebėtina, kad sistemos su šilumos atgavimu teigiamai veikia žmogaus odą, kuri nuolat drėkinama ir sumažinama išsausėjimo rizika.
3. Kad neišdžiūtų baldai ir negirgžėtų grindys.
4. Padidinti statinės elektros atsiradimo tikimybę. Ne visi žino šiuos kriterijus, tačiau padidėjus statinei įtampai pelėsiai ir grybai vystosi daug lėčiau.

Tinkamai parinkta tiekiamoji ir ištraukiamoji ventiliacija su šilumos atgavimu Jūsų namams leis ženkliai sutaupyti šildymui žiemą ir oro kondicionavimui vasarą. Be to, tokio tipo vėdinimas teigiamai veikia žmogaus organizmą, todėl mažiau sirgsite, o grybelio atsiradimo namuose rizika bus sumažinta iki minimumo.

Bet kuriai uždarai erdvei reikalingas kasdienis vėdinimas, tačiau kartais to nepakanka patogiam ir maloniam mikroklimatui sukurti. Šaltuoju metų laiku atidarius langus vėdinimui greitai išbėga šiluma, o tai veda prie nereikalingų išlaidųšildymui. IN vasaros laikas metų daug kas naudojasi oro kondicionieriais, tačiau kartu su atvėsusiu oru prasiskverbia ir jis karštas oras nuo gatvės.

Norint subalansuoti temperatūrą ir padaryti orą gaivesnį, buvo išrastas prietaisas, vadinamas oro rekuperatoriumi. Žiemą leidžia neprarasti kambario šilumos, o vasarą karštyje neleidžia į patalpą patekti karštam orui.

Kas yra rekuperatorius?

Išvertus iš lotynų kalbos žodis rekuperatorius reiškia - grąžinimo kvitas arba grąžinimas, kalbant apie orą, turime omenyje šiluminės energijos grąžinimą, kuri su oru nunešama per vėdinimo sistemą. Toks prietaisas kaip oro rekuperatorius susidoroja su vėdinimo ir dviejų oro srautų balansavimo užduotimi.

Prietaiso veikimo principas labai paprastas, dėl temperatūrų skirtumo vyksta šilumos mainai, dėl kurių išlyginama oro temperatūra. Rekuperatorius turi dviejų kamerų šilumokaitį, per save praleidžia išmetamojo ir tiekiamo oro srautus. Dėl temperatūrų skirtumo susikaupęs kondensatas automatiškai pašalinamas iš rekuperatoriaus.

Rekuperacinė sistema ne tik leidžia vėdinti orą patalpoje, bet ir žymiai sutaupo šildymo išlaidas, nes efektyviai sumažina šilumos nuostolius. Rekuperatorius yra pajėgus sutaupyti daugiau nei 2/3šiluma, paliekanti kambarį, o tai reiškia, kad prietaisas naudojamas pakartotinai šiluminė energija viename technologiniame cikle.

Įrenginių klasifikacija

Rekuperatoriai skiriasi savo aušinimo skysčio srauto modeliais ir konstrukcija bei paskirtimi. Ar yra kelių tipų rekuperatoriai?

1. Lamelinis
2. Rotary
3. Vanduo
4. Prietaisai, kurie gali būti dedami ant stogo.

Plokšteliniai rekuperatoriai

Jie laikomi labiausiai paplitusiais, nes jų kaina yra maža, tačiau jie yra gana veiksmingi. Įrenginio viduje esantis šilumokaitis susideda iš vieno ar kelių vario arba aliuminio plokštės, plastikiniai, labai stipri celiuliozė, jie yra stacionarios būklės. Į prietaisą patekęs oras praeina per eilę kasečių ir nesimaišo, veikimo metu tuo pačiu metu vyksta aušinimo ir šildymo procesas.

Prietaisas yra labai kompaktiškas ir patikimas, praktiškai nesugenda. Rekuperatoriai plokštelės tipas veikti nenaudodami elektros energijos, o tai yra svarbus privalumas. Prietaiso trūkumai yra tai, kad plokštelinis modelis negali veikti esant šaltam orui, drėgmės mainai neįmanomas dėl išmetimo įrenginio užšalimo. Jo išmetimo kanalai surenka kondensatą, kuris užšąla esant minusinei temperatūrai.

Rotoriniai rekuperatoriai

Toks prietaisas maitinamas elektra, jo mentės maitinamos vienu ar dviem rotoriais. eksploatacijos metu turi suktis, po kurio vyksta oro judėjimas. Paprastai jie yra cilindro formos, su tvirtai pritvirtintomis plokštėmis ir viduje esančiu būgneliu.Jis yra verčiamas suktis oro srautų, pirmiausia išeinančių. kambario oro, o tada, keičiant kryptį, oras grįžta iš gatvės.

Reikėtų pažymėti, kad sukamieji įtaisai yra didesni, bet Jų efektyvumas yra daug didesnis nei sluoksninės. Jie puikiai tinka dideliems kambariams - salėms, prekybos centrai, ligoninėse, restoranuose, todėl jų pirkti namams nepatartina. Iš trūkumų verta paminėti brangią tokių įrenginių priežiūrą, nes jie sunaudoja daug elektros energijos, dėl savo tūrio nėra lengva montuoti, be to, jie yra brangūs. Montavimui reikalinga vėdinimo kamera dėl dideli dydžiai rotacinis rekuperatorius.

Vandens rekuperatorius yra ant stogo

Recirkuliaciniai įrenginiai perduoda šiluminę energiją į tiekiamą šilumokaitį naudodami kelis aušinimo skysčius – vandenį, antifrizą ir kt. Šis įrenginys savo našumu labai panašus į plokštelinius rekuperatorius, tačiau skiriasi tuo, kad yra labai panašus vandens sistemašildymas. Trūkumas yra mažas efektyvumas ir dažna priežiūra.

Vietą patalpoje taupo ant stogo dedamas rekuperatorius. Jo efektyvumas yra ne daugiau kaip 68 proc., tai nereikalauja eksploatacinių išlaidų, visas šias savybes galima priskirti šio tipo privalumams. Minusas toks rekuperatorius sunkiai montuojamas, jam reikalinga speciali tvirtinimo sistema. Dažniausiai šis tipas naudojamas pramoniniams objektams.

Natūrali vėdinimas turi būti suprojektuotas ir įrengtas bet kuriame gyvenamajame name, tačiau tam visada įtakos turi oro sąlygos, priklausomai nuo metų laiko, nuo to priklauso vėdinimo stiprumas. Jei žiemą šalta vėdinimo sistema veikia efektyviai, tada vasarą praktiškai neveikia.

Gyvenamojo pastato sandarumas galima sumažinti pagerinus natūralų vėdinimą, tačiau tai duos pastebimų rezultatų tik šaltuoju metų laiku. Taip pat yra neigiama pusė, pavyzdžiui, šiluma išeis iš gyvenamojo namo, o įeinantis šaltas oras pareikalaus papildomo šildymo.

Kad šis vėdinimo procesas namų savininkams nekainuotų per daug, būtina panaudoti iš patalpos pašalinto oro šilumą. Reikia padaryti priverstinė cirkuliacija oro. Norėdami tai padaryti, nutiesiamas tiekiamo ir ištraukiamo oro kanalų tinklas, tada montuojami ventiliatoriai. Jie tieks orą į atskiras patalpas ir šis procesas nebus susijęs su oro sąlygomis. Specialiai šiam tikslui šviežių ir užteršto oro masių sankirtoje įrengiamas šilumokaitis.

Ką suteikia oro rekuperatorius?

Rekuperacinė sistema leidžia sumažinti įeinančio ir išmetamo oro susimaišymo procentą. Šį procesą atlieka įrenginyje esantys separatoriai. Dėl srauto energijos perdavimo į ribą vyksta šilumos mainai, purkštukai praeis lygiagrečiai arba skersai. Atkūrimo sistema turi daug teigiamų savybių.

1. Specialaus tipo grotelės oro srautų įleidimo angoje sulaiko dulkes, vabzdžius, žiedadulkes ir net bakterijas iš gatvės.
2. Išvalytas oras patenka į kambarį.
3. Užterštas oras, kuriame gali būti kenksmingų komponentų, išeina iš patalpos.
4. Be cirkuliacijos, tiekimo purkštukai valomi ir izoliuojami.
5. Skatina sveikesnį ir sveikesnį miegą.

Teigiamos sistemos savybės leidžia ją naudoti patalpose įvairių tipų sukurti patogesnes temperatūros sąlygas. Labai dažnai jie naudojami pramonines patalpas kur reikalingas didelių erdvių vėdinimas. Tokiose vietose būtina palaikyti pastovią oro temperatūrą, šią užduotį atlieka galintys veikti rotoriniai šilumokaičiai esant temperatūrai iki +650 o C.

Išvada

Reikiamą gryno ir švaraus oro su normalia drėgme balansą gali užtikrinti tiekimas ir ištraukiamoji ventiliacija. Įsirengę rekuperatorių, galite išspręsti daugybę problemų, susijusių ir su energijos išteklių taupymu.

Renkantis oro rekuperatorių savo namams, reikia atsižvelgti į gyvenamojo ploto plotą, drėgmės laipsnį joje ir įrenginio paskirtį. Būtinai reikėtų atkreipti dėmesį į įrenginio kainą ir įrengimo galimybę, jo efektyvumą, nuo ko priklausys viso namo vėdinimo kokybė.

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 greičius. 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 teiginiui, kad šiluminės įrangos kūno spinduliuotės galia ir šilumos konvekcija dėl kūno temperatūros yra mažos, 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 didelį vartotojų savybesįranga. Tačiau iš tikrųjų tokio tiesioginio ryšio nepastebima, 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, tuomet norint efektyviai panaudoti šią šilumą, 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. Tai galima pavadinti idealiu šildymo tinklo variantu. 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 žinynų (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)). Koeficientui apskaičiuoti galite naudoti bet kurią iš išraiškų, nes jų skaitikliai, kurių kiekvienas išreiškia bendrą šilumos perdavimo galią (2), yra lygūs.

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

Gerai žinomas aukštos reikalingos vertės šilumokaičio pavyzdys yra šalinamo oro šilumos rekuperatorius tiekiamo oro šildymui (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’, praeinant 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 nešikliais, tokiais 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 su dideliu šilumos laipsniu. 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, jei šiluminės talpos yra vienodos, reiškia dviejų oro srautų masės srautų vienodumą ir = (T pr - T st) / (T kambarys - T g). Tikslumui, kambario temperatūra T kambaryje = 20 o C, o gatvės temperatūra T gatvėje = ​​0 o C. Jei visiškai nepaisysime latentinės oro šilumos, kurią sukelia jo drėgmė, tada, kaip seka iš ( 3), tiekiamo oro temperatūra T pr = 16 o C atitinka regeneravimo koeficientą = 0,8, o esant T pr = 20 o C pasieks 1 reikšmę. (Į gatvę išmetamo oro temperatūros šiais atvejais 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, o tuo pačiu bus lygi 1,2, arba 120%. Tačiau toks šilumos perdavimas neįmanomas būtent dėl ​​to, kad sumažės sistemos entropija, 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 esant pastoviam dujų slėgiui dQ = mcdT, m yra dujų masė, s (arba kaip ji dažnai žymima p) - 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 = 289 K ir iš (2) T’ = 277 K, tai leis mums apskaičiuoti bendrą entropijos pokytį S = 0,8 = 8 10 –4 cg. Jei = 1, mes 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 užtikrina 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 pačiu palankiausiu atveju, kai = 1, procesas tampa termodinamiškai neoptimalus; tai įvyksta 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 S / E. 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: kokios turėtų būti hipotetinės mainų temperatūros skirtingu greičiu, kad šis įsivaizduojamas procesas vyktų nepadidėjus entropijai?

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, abiejų terpių galutinės temperatūros bus lygios pradinių temperatūrų aritmetiniam vidurkiui: T 1 = T 2 = 1/2 (T 1 0 + T 2 0). atsitiks negrįžtamas procesas temperatūros išlyginimas, o 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 dydžiu, tai 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), bet pokyčio entropijos santykis su šiuo atveju perduodama energija E. Akivaizdu, kad skirtingoms temperatūrų grupėms 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 tiesė, apibrėžta 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 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 минимальное качество теплообмена S / E = 1 / Т 1 0 –1 / Т 2 0 в точности реализуется для ->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, esant 300 K ir 350 K temperatūrų rinkiniui, pateikiame santykinį entropijos pokytį esant vienodam tos pačios šiluminės talpos aušinimo skysčių srautui 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 santykis paprastai yra lygus n>1, artimas 0 arba 1, o tarpinėms reikšmėms neviršija kelių procentų absoliučios paklaidos.

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

1. Puhovas A. oro. Eksperimentinių duomenų interpretavimas. // Klimato pasaulis. 2013. Nr. 80. P. 110.
2. Puhovas A. B. Šiluminės užuolaidos galia esant savavališkiems aušinimo skysčio srautams ir oro. Šilumos perdavimo proceso invariantai. // Klimato pasaulis. 2014. Nr 83. P. 202.
3. Byla W. M., London A. L. Kompaktiški šilumokaičiai. . M.: Energija, 1967. P. 23.
4. Wang H. Pagrindinės formulės ir duomenys apie šilumos perdavimas inžinieriams. . M.: Atomizdat, 1979. P. 138.
5. Kadomcevas B. B. Dinamika ir informacija // Fizinių mokslų pažanga. T. 164. 1994. Nr. 5 d., gegužės mėn. P. 453.

Puchovas Aleksejus Viačeslavovičius,
Techninis direktorius
Kompanija Tropic Line

Ypatinga veislė privaloma sistema vėdinimas yra tiekiamasis vėdinimas su šildymu ir šilumos recirkuliacija, kuris užtikrina dalinį įeinančio oro srauto pašildymą dėl šilto oro, pašalinto iš patalpos naudojant specialų įrenginį – rekuperatorių. Šiuo atveju pagrindinis lauko oro šildymas atliekamas įprastu oro šildytuvu.

Šilumos atgavimas tiekimo ir ištraukiamoje ventiliacijoje– tai nėra naujas reiškinys, tačiau mūsų šalyje jis vis dar nėra paplitęs. Techniniu požiūriu regeneravimas yra labiausiai paplitęs šilumos mainų procesas. Pats žodis „atgauti“ yra lotyniškos kilmės ir reiškia „grąžinti to, kas buvo išleista“. Vėdinimo šilumos rekuperatoriai dalį šilumos grąžina atgal į patalpą per šilumos mainus tarp įeinančio ir išeinančio srauto. Karštu oru vyksta atvirkštinis procesas, kai išeinantis šaltas oro kondicionierius atvėsina artėjantį šilto oro srautą. Šiuo atveju tai turėtų būti vadinama šalčio atsigavimu.

Kodėl reikalingas atsigavimas? Akivaizdu, kad pirmiausia taupyti energijos išteklius. Rekuperatorius – tai įrenginys, kuriame vyksta šilumos mainai tarp įeinančių ir išeinančių oro masių. Esant normaliai vėdinimas, temperatūros skirtumas tarp įeinančio ir išeinančio oro šaltuoju ir karštuoju metų laiku yra reikšmingas. Jei, pavyzdžiui, lauke -20°C, o viduje +24°C, tai skirtumas yra didesnis nei 40°C. Šį skirtumą reikės padengti šildymo sistema. Vasarą skirtumas mažesnis, tačiau tai taip pat padidins oro kondicionieriaus apkrovą. Rekuperatorius leidžia sumažinti šį skirtumą iki minimumo. Tinkamai parinkta įranga užtikrina, kad esant 0°C lauko orui ir +20°C patalpoje skirtumas tarp įeinančio ir išeinančio srauto būtų 4°C ribose, t.y. sumažinti jį penkis kartus. Regeneravimo efektyvumas mažėja mažėjant lauko temperatūrai, tačiau, nepaisant to, taupymas išlieka labai pastebimas. Be to, esant dideliam vidaus ir lauko temperatūrų skirtumui, rekuperacija yra ypač naudinga.

Daugeliui šiuolaikinių statybos technologijų reikalingos sandarios ir garams nepralaidžios atitvarinės konstrukcijos. Norint efektyviai vėdinti ir pašalinti vandens garus iš patalpų su sandariomis sienomis ir stiklo paketais, reikalinga priverstinė tiekimo ir ištraukiamoji ventiliacija. Šilumos atgavimas šiuo atveju yra raktas į patogią oro mainą su minimaliais šilumos nuostoliais.

JAV ir Kanadoje, dar gerokai prieš atsirandant regeneravimo įrangai, siekiant užtikrinti, kad oras kambaryje nebūtų per šaltas žiemą, o per šiltas vasarą, buvo sugalvota naudoti žemės šilumokaitį, kuris buvo vėliau vadinamas „Kanados šuliniu“. Jo idėja

yra tai, kad lauko oras, prieš patekdamas į patalpas, praeina per tiekiamo oro kanalus, įkastus į žemę, įgydamas temperatūros vertę, artimą +10°C – pastovią grunto temperatūrą 2 m ir daugiau gylyje. Kanados šulinys, tiesą sakant, nėra rekuperatorius, bet sumažina energijos sąnaudas šildymui ir oro kondicionavimui. Patalpų vėdinimas viduje tradicinė schema su kanadietišku šuliniu tai natūralu, bet galima ir priverstinai.

Rekuperatoriai kaip vėdinimo įrangos elementas aktyviai naudojami Europos šalys. Jų populiarumo priežastis – šilumos atgavimo teikiama ekonominė nauda. Yra dviejų tipų rekuperatoriai: plokšteliniai ir rotaciniai. Rotoriniai yra efektyvesni, bet ir brangesni. Jie gali grąžinti 70-90% šilumos. Plokštelės pigesnės, bet sutaupo mažiau, 50-80 proc.

Vienas iš veiksnių, turinčių įtakos atkūrimo efektyvumui, yra patalpos tipas. Jei temperatūra jame palaikoma aukštesnė nei 23°C, tai rekuperatorius tikrai atsiperka. Ir kuo brangesnė energija, tuo trumpesnis atsipirkimo laikotarpis. Rekuperatorių tarnavimo laikas gana ilgas, o laiku prižiūrint ir keičiant nebrangias eksploatacines medžiagas teoriškai neribojamas. Rekuperatoriai gali būti tiekiami kaip monoblokas arba keli atskiri moduliai.

Rekuperatorius yra specialus šilumokaičio tipas, prie kurio prijungiami vėdinimo sistemos tiekimo ir ištraukimo kanalų įėjimai ir išėjimai. Iš patalpos pašalintas užterštas oras, eidamas per rekuperatorių, savo šilumą atiduoda įeinančiam lauko orui tiesiogiai su juo nesimaišydamas. Šis papildomas šildymas tiekiama ventiliacija leidžia žymiai sumažinti energijos sąnaudas įleidžiamo oro šildymui, ypač žiemą.

Plokšteliniai rekuperatoriai

Plokšteliniai rekuperatoriai yra suprojektuoti taip, kad juose esantys oro srautai nesimaišytų, o kontaktuotų vienas su kitu per šilumos mainų kasetės sieneles. Ši kasetė susideda iš daugybės plokščių, kurios atskiria šalto oro srautus nuo šiltų. Dažniausiai plokštės gaminamos iš aliuminio folijos, kuri pasižymi puikiomis šilumos laidumo savybėmis. Plokštės taip pat gali būti pagamintos iš specialaus plastiko. Šios yra brangesnės nei aliuminio, tačiau padidina įrangos efektyvumą.

Plokšteliniai šilumokaičiai turi didelį trūkumą: dėl temperatūrų skirtumo ant šaltų paviršių susidaro kondensatas, kuris virsta ledu. Ledu padengtas rekuperatorius nustoja efektyviai veikti. Norint jį atitirpinti, įeinantis srautas automatiškai apeina šilumokaitį ir šildomas šildytuvu. Tuo tarpu išbėgantis šiltas oras tirpdo ant plokštelių esantį ledą. Šiuo režimu, žinoma, netaupoma energijos, o atitirpinimo laikotarpis gali trukti nuo 5 iki 25 minučių per valandą. Įeinančiam orui šildyti atitirpinimo fazės metu naudojami 1-5 kW galios oro šildytuvai.

Kai kuriuose plokšteliniuose šilumokaičiuose naudojamas įeinančio oro pašildymas iki tokios temperatūros, kuri neleidžia susidaryti ledui. Tai sumažina rekuperatoriaus efektyvumą maždaug 20%.

Kitas apledėjimo problemos sprendimas – higroskopinės celiuliozės kasetės. Ši medžiaga sugeria drėgmę iš išmetamo oro srauto ir perduoda ją į įeinantį orą, taip grąžindama drėgmę atgal. Tokie rekuperatoriai pasiteisina tik pastatuose, kuriuose nėra oro drėkinimo problemos. Neabejotinas higroceliuliozės rekuperatorių privalumas yra tai, kad jiems nereikia elektrinio oro šildymo, todėl jie yra ekonomiškesni. Rekuperatorių su dvigubais plokšteliniais šilumokaičiais efektyvumas siekia iki 90%. Ledas juose nesusidaro dėl šilumos perdavimo per tarpinę zoną.

Žinomi plokštelinių rekuperatorių gamintojai:

• SCHRAG (Vokietija),
• MITSUBISHI (Japonija),
• ELECTROLUX,
• SYSTEMAIR (Švedija),
• SHUFT (Danija),
• REMAK, 2W (Čekija),
• MIDEA (Kinija).

Rotoriniai rekuperatoriai

Skirtingai nuo plokščių, juose dalinis įeinančio ir išeinančio oro susimaišymas. Jų pagrindinis elementas– korpuse sumontuotas rotorius, kuris yra sluoksniais užpildytas cilindras profiliuotas metalas (aliuminis, plienas). Šilumos perdavimas vyksta rotoriaus sukimosi metu, kurio mentės šildomos išeinančiu srautu ir perduoda šilumą įeinančiam srautui, judant ratu. Šilumos perdavimo efektyvumas priklauso nuo rotoriaus greičio ir yra reguliuojamas.

Rotoriniame rekuperatoriuje techniškai neįmanoma visiškai pašalinti įeinančio ir išeinančio oro maišymosi. Be to, Šis tipas Dėl judančių dalių įranga reikalauja dažnesnės ir rimtesnės priežiūros. Nepaisant to rotaciniai modeliai yra labai populiarūs dėl aukštų šilumos atgavimo rodiklių (iki 90%).

Rotacinių rekuperatorių gamintojai:

• DAIKIN (Japonija),
• KLINGENBURGAS (Vokietija),
• SHUFT (Danija),
• SYSTEMAIR (Švedija),
• REMAK (Čekija),
• BENDRASIS KLIMATAS (Rusija-JK).

Ekonominiu požiūriu šilumos rekuperatoriai anksčiau ar vėliau tikrai atsipirks, tačiau daug kas priklauso nuo to, kaip efektyviai organizuojama pati rekuperacija. Įranga yra labai patikima, o vartotojas gali tikėtis ilgo veikimo. Daugelis įmonių gamina Platus pasirinkimas tiekti specialiai butams sukurtus šilumokaičius. Taigi Tiekimo blokas su šilumos atgavimu 2-3 kambarių butas gali kainuoti apie 17 000 rublių. Vėdinimo sistemos našumas butuose yra 100-800 m³/val. Užmiesčio kotedžuose šis rodiklis yra apie 1000-2000 m³/val.

Rekuperatoriai su tarpiniu aušinimo skysčiu

Šis šilumokaitis susideda iš dviejų dalių. Viena dalis yra išmetimo kanale, kita - tiekimo kanale. Tarp jų cirkuliuoja vanduo arba vandens-glikolio tirpalas. Pašalintas oras šildo aušinimo skystį, kuris savo ruožtu perduoda šilumą tiekiamam orui. Šiame rekuperatoriuje nėra pavojaus teršalams pernešti iš šalinamo oro į tiekiamą orą. Keičiant aušinimo skysčio cirkuliacijos greitį galima reguliuoti šilumos perdavimą. Šie rekuperatoriai neturi judančių dalių, tačiau pasižymi mažu efektyvumu (45-60%). Daugiausia naudojamas pramoniniams objektams.

Kameriniai rekuperatoriai

Sklendė langine padalija kamerą į dvi dalis. Viena dalis šildoma išmetamu oru, tada sklendė keičia oro srauto kryptį. Dėl šios priežasties tiekiamas oras šildomas šiltomis kameros sienelėmis. Užterštumas ir kvapai gali būti perkelti iš šalinamo oro į tiekiamą orą. Sklendė yra vienintelė judanti šio šilumokaičio dalis. Jo efektyvumas yra gana didelis (70-80%).

Šilumos vamzdžiai

Šis rekuperatorius susideda iš sandarių vamzdžių sistemos. Jie užpildyti freonas ar kitas lengvai garuojantis komponentas. Šios medžiagos išgaruoja, kai jas kaitina pašalintas oras. Garai kondensuojasi kitoje vamzdžio dalyje ir vėl virsta skysta būsena. Šiame šilumokaityje teršalų pernešimas yra pašalintas, nėra judančių dalių, o efektyvumas yra gana mažas (50-70%).

Daugelis mano, kad REKOVERYBINIAI REKUVERAI yra brangūs, didelių gabaritų, sunkiai į technologinius procesus integruojami trumpo eksploatavimo laiko įrenginiai, kurių remontas ilgam sustabdo gamybą, todėl rekuperatoriaus naudojimas tampa neefektyvus. Išvardinti trūkumai leidžia skeptikams taikstytis su didžiuliais šilumos energijos nuostoliais ir aplinkos problemos. Dėl to rekuperatoriai montuojami ne visose įmonėse, kur tai patartina.

Išeitis gali būti sumontuoti su pelekais Plokšteliniai šilumokaičiai(OPT™ tipo rekuperatoriai)

OPT tipo rekuperatorių techninės savybės

• dėl šiluminės energijos grąžinimo sumažinti jos įsigijimo kainą iki 40%;
• sumažinti kuro sąnaudas didinant išmetamųjų dujų degimo temperatūrą (katilinių, krosnių ir kt. šildymo schema);
• pagerinti kokybės charakteristikas kuro deginimas naudojant anksčiau pašildytą orą, sumažinti mechaninį kuro perdegimą krosnies šildymo cikle katilinėse ir kituose objektuose;
• Saunus dūmų dujos laikytis aplinkosaugos reikalavimus ir sanitariniai standartai;
• panaudoti išmetamųjų dujų šilumą patalpų šildymui, gatvės orui pašildyti;
• Dėl technologiniai procesai, reikalingos žemos temperatūros, atvėsinkite išmetamąsias dujas;
• sumažinti išmetamųjų dujų temperatūrą, taip sumažinant dujų valymo išlaidas;
• kompleksinio remonto reikalaujančius rekuperatorius pakeisti patikimesniais;
• sėkmingai laikytis Federalinio įstatymo Nr. 261 „Dėl energijos taupymo“ reikalavimų;

Plokštelinių šilumokaičių pranašumai, palyginti su tradiciniais plokšteliniais, rotaciniais ir apvalkalo ir vamzdžio modeliais

• galimybė naudoti agresyvioje ir abrazyvinėje aplinkoje, aplinkoje, kurioje yra didelis dujų ir dulkių užterštumas;
• padidintos darbinės temperatūros ribos - iki 1250 C, tuo tarpu analoginių rekuperatorių tarnavimo laikas sumažėja jau esant 800 C;
• optimizuoti matmenys ir svoris – 4-8 kartus lengvesni už analoginius rekuperatorius;
• žymiai mažesnė kaina;
• sutrumpinti atsipirkimo terminai;
• mažos pasipriešinimo vertės, kai oro srautai praeina per ortakius;
• patobulinta konstrukcija, neleidžianti kauptis šlakui;
• padidintas tarnavimo laikas;
• pailgintas darbo laikotarpis prieš prevencines priemones;
• patobulintos svorio ir dydžio charakteristikos, palengvinančios rekuperatorių montavimą ir transportavimą

Kodėl tokio tipo rekuperatorius gali būti laikomas protingu pasirinkimu?

• padidinti šilumos perdavimo paviršiaus plotą tūrio ir masės vienetui;
• didelis naudojamo rekuperatoriaus patikimumas;
• žymiai sumažinta rekuperatoriaus gedimo galimybė dėl abrazyvinis nusidėvėjimas ir šiluminės deformacijos;
• rekuperatorių remonto ir priežiūros procesų supaprastinimas;
• modulinės konstrukcijos ir rekuperatorių surinkimo galimybė
• Dažniausi rekuperatoriaus naudojimo atvejai.

Dujos-dujos šilumokaičiai naudojami daugelyje sričių, kurias galima suskirstyti į šias kategorijas:

Procesai, turintys žemas lygis aušinimo skysčio temperatūra:

Intervalas nuo 20 iki 60°C

• nedideliems dujų kiekiams, pavyzdžiui, kaip išmetamųjų dujų vartotojas, kai eksploatuojami dujiniai katilai mažas kambarys, kur vėdinimo sistemoje naudojamas šilumokaitis.
• su dideliais dujų kiekiais, pavyzdžiui, dirbtuvių, koncertų salių, uždarų stadionų ir kitų didelių patalpų vėdinimo sistemose.

Intervalas nuo 60 iki 200°C

• nedideliems dujų kiekiams, pavyzdžiui, pašalinti kuro degimo dūmų produktą, kuris išsiskiria dujų pavidalu daugelio technologinių procesų metu.
• dideliems dujų kiekiams, pavyzdžiui, džiovinimo ir dažymo cechų vėdinimo sistemoje galima naudoti dujinį šilumokaitį.

Procesai su vidutiniu aušinimo skysčio temperatūros lygiu.

Diapazonas yra nuo 200 iki 600°C, pavyzdys būtų šilumos atgavimas iš išmetamųjų dujų katilinėms eksploatuojant, taip pat galima sutaupyti anglies perteklinę šilumą nukreipiant į krosnį tiekiamo oro pašildymui.

Procesai, turintys aukštas lygis aušinimo skysčio temperatūra.

• Diapazonas yra nuo 600 iki 800°C, pavyzdžiui, plastikų gamyboje šilumokaitis gali būti naudingas dujoms aušinti arba dūmų dujų nešamai šilumai atgauti.
• Diapazonas yra iki 1000°C ir aukštesnis, kuris stebimas stiklo gamyboje, metalurgijoje, naftos ir dujų perdirbime bei kitose gamybos srityse, kur šilumokaitis taps pagrindu sprendžiant tokias problemas kaip anglies taupymas arba veiks kaip susidarančių dūmų dujų naudotojas.

Verta paminėti, kad naudojant dujų-dujų šilumokaitį, kai išmetamųjų dujų temperatūra yra 45-50°C, reikalingas atskiras efektyvumo skaičiavimas.

išvadas

Įrenginiai su šilumos atgavimu gali perpus sumažinti energijos sąnaudas patalpų šildymui. Jų įrengimas dažnai atsiperka jau pirmąjį šildymo sezoną. Rekuperatorių įrengimas statybos ir rekonstrukcijos metu leidžia iš dalies sumažinti viso pastato šildymo sistemos apkrovą ir panaikinti nemažą dalį tradicinių šildymo įrenginių. Rekuperatorių įrengimo kaina – investicija ne tik į šildymo kaštų mažinimą, bet ir optimalaus užtikrinimą klimato sąlygos patalpose ir galiausiai žmonių sveikatai.

Prietaisai, galintys taupyti šilumą ir kitų rūšių energiją, tampa vis svarbesni, nes energijos kainos nuolat auga. Taip pat jau seniai neabejojame, kad reikia gaiviai kvėpuoti švarus oras patalpose. Populiarių įrengimas plastikiniai langai ir hermetiškos durys. Jie sutrikdo oro mainus ir sukelia nepageidaujamas pasekmes. Atsižvelgiant į visus šiuos veiksnius, mums į pagalbą ateina vėdinimo sistemos su šilumos atgavimu. Jie ne tik taupo pinigus, bet ir saugo mūsų sveikatą.