Akumulacija topline iz protoka ispušnog zraka. Osnove projektiranja i montaže sustava grijanja

2006-02-08

Potreba za uštedom energije u projektiranju, izgradnji i radu zgrada bilo koje namjene je nedvojbena i povezana je prvenstveno s iscrpljivanjem rezervi fosilnog goriva i, kao posljedica toga, njegovim stalnim rastom cijene. Posebna pažnja Pritom se potrebno usmjeriti na smanjenje troškova topline upravo za sustave ventilacije i klimatizacije, budući da udio tih troškova u ukupnoj energetskoj bilanci može biti čak i veći od prijenosnih toplinskih gubitaka, prvenstveno u javnim i industrijske zgrade a nakon povećanja toplinske zaštite vanjskih ograda.

Jedna od najperspektivnijih, jeftinih i brzo povratnih mjera uštede energije u sustavima mehaničke ventilacije i klimatizacije je povrat topline ispušnog zraka za djelomično zagrijavanje ulaznog zraka tijekom hladne sezone. Za izvođenje povrata topline koriste se uređaji različitih izvedbi, uklj. pločasti križnostrujni rekuperativni izmjenjivači topline i regeneratori s rotirajućim rotorom, kao i uređaji s tzv. toplinskim cijevima (termosifonima).

Međutim, može se pokazati da u uvjetima prevladavajuće razine cijena ventilacijske opreme u Ruskoj Federaciji i, uglavnom, zbog praktične odsutnosti domaće proizvodnje navedenih vrsta uređaja, s tehničkog i ekonomskog gledišta, preporučljivo je razmotriti povrat topline samo na temelju uređaja s međurashladnim sredstvom. Poznato je da ovaj dizajn ima brojne prednosti.

Prvo, za njegovu implementaciju koristi se serijska oprema, budući da je ovdje dovodna jedinica dopunjena samo grijačem s povratom topline, a ispušna jedinica hladnjakom s povratom topline, koji su strukturno slični konvencionalnim grijačima i hladnjacima. Ovo je posebno značajno jer u Ruskoj Federaciji postoji niz poduzeća koja vode vlastitu proizvodnju predmetnih proizvoda, uklj. tako velikih kao što je Veza LLC.

Osim toga, oprema za povrat topline ove vrste je vrlo kompaktna, a povezivanje dovodnih i ispušnih jedinica samo kroz cirkulacijski krug s međurashladnom tekućinom omogućuje vam odabir mjesta za njihovo postavljanje gotovo neovisno jedno o drugom. Tekućine s niskim stupnjem smrzavanja kao što je antifriz obično se koriste kao rashladno sredstvo, a mali volumen cirkulacijskog kruga omogućuje zanemarivanje troškova antifriza, a nepropusnost kruga i neisparljivost antifriza čine problem njegove toksičnosti sekundarni.

Konačno, nepostojanje izravnog kontakta između protoka dovodnog i odvodnog zraka ne nameće ograničenja čistoći nape, što praktički neograničeno proširuje skupinu zgrada i prostorija u kojima se može koristiti povrat topline. Kao nedostatak obično navode da temperaturna učinkovitost nije vrlo visoka, ne prelazi 50-55%.

Ali to je upravo slučaj kada se pitanje izvedivosti korištenja povrata topline treba odlučiti tehničkim i ekonomskim izračunom, o čemu ćemo raspravljati kasnije u našem članku. Može se pokazati da razdoblje povrata dodatnih kapitalnih troškova za uređaj za povrat topline s međurashladnim sredstvom ne prelazi tri do četiri godine.

To je posebno značajno u nestabilnom tržišnom gospodarstvu s primjetnim promjenama cijena opreme i tarifa za energente, što ne dopušta korištenje kapitalno intenzivnih inženjerskih rješenja. Međutim, ostaje otvoreno pitanje ekonomski najisplativije temperaturne učinkovitosti takve opreme za povrat topline keff, tj. udio topline utrošen na zagrijavanje dovoda zbog topline odvodnog zraka, u odnosu na ukupno toplinsko opterećenje. Tipično korištene vrijednosti za ovaj parametar kreću se od 0,4 do 0,5. Sada ćemo pokazati na temelju čega su te vrijednosti usvojene.

Ovaj problem će se razmotriti na primjeru jedinice za dovod i ispušnu ventilaciju kapaciteta 10.000 m 3 / h, koristeći opremu tvrtke Veza LLC. Ovaj problem je optimizacijski, budući da se svodi na identificiranje vrijednosti keff koja osigurava minimum ukupnih diskontiranih troškova SDZ-a za ugradnju i rad ventilacijske opreme.

Izračun treba provesti uz korištenje posuđenih sredstava za izgradnju ventilacijskih jedinica i dovođenje SDZ-a do kraja razmatranog vremenskog intervala T prema sljedećoj formuli:

gdje je K ukupni kapitalni trošak, rub; E — ukupni godišnji operativni troškovi, rub./god.; p — diskontna stopa, %. Prilikom izračuna, može se uzeti jednaka stopi refinanciranja Središnje banke Ruske Federacije. Od 15. siječnja 2004. ova vrijednost iznosi 14% godišnje. U u ovom slučaju Problem je moguće proučiti na prilično potpun način korištenjem relativno elementarnih sredstava, budući da se sve komponente troškova lako uzimaju u obzir i prilično jednostavno izračunavaju.

Rješenje ovog problema autor je prvi put objavio u radu za razinu cijena i tarifa koje su tada bile na snazi. Međutim, kao što će biti lako vidjeti, kada se preračunaju na kasnije podatke, glavni zaključci ostaju valjani. Ujedno ćemo pokazati kako treba provesti sam tehničko-ekonomski izračun ako je potrebno odabrati optimalna opcija inženjersko rješenje, budući da će se svi ostali problemi razlikovati samo u određivanju vrijednosti K.

Ali to je lako učiniti pomoću kataloga i cjenika proizvođača odgovarajuće opreme. U našem primjeru kapitalni troškovi određeni su prema podacima tvrtke Veza, na temelju performansi i prihvaćenog skupa odjeljaka dovodnih i ispušnih jedinica: prednja ploča s jednim vertikalnim ventilom, ćelijski filtar klase G3, ventilatorska jedinica; Osim toga, u dovodnoj jedinici nalazi se i dodatni grijač zraka za sustav povrata topline i grijač zraka za dogrijavanje s dovodom topline iz toplinske mreže, a u odsisnoj jedinici nalazi se i hladnjak zraka za sustav povrata topline, te kao cirkulacijska pumpa.Dijagram takve instalacije prikazan je na sl. 1. Pretpostavlja se da troškovi ugradnje i puštanja u rad ventilacijskih jedinica iznose 50% glavne kapitalne investicije.

Troškovi opreme za povrat topline i grijača za predgrijanje izračunati su na temelju rezultata računalnih proračuna pomoću programa Veza, ovisno o učinkovitosti izmjenjivača topline. Istodobno, s povećanjem učinkovitosti, vrijednost K raste, budući da se broj redova cijevi izmjenjivača topline sustava za oporavak povećava brže (za k eff = 0,52 - do 12 u svakoj instalaciji) od broja redova grijač za ponovno zagrijavanje se smanjuje (s 3 na 1 pod istim uvjetima) .

Operativni troškovi sastoje se od godišnjih troškova za toplinsku i električna energija i troškove amortizacije. Prilikom njihovog izračuna, trajanje rada instalacije tijekom dana u izračunima uzeto je za 12 sati, temperatura zraka iza grijača zraka za ponovno zagrijavanje + 18 ° C, a nakon izmjenjivača topline - ovisno o k eff kroz prosjek vanjska temperatura za sezona grijanja i temperatura ispušnog zraka.

Potonji je +24,7°C prema zadanim postavkama (program odabira za izmjenjivače topline veza LLC). Tarifa za Termalna energija prihvaćen je prema podacima Mosenergo OJSC od sredine 2004. u iznosu od 325 rubalja/Gcal (za proračunske potrošače). Očito je da s povećanjem keff cijena toplinske energije opada, što je općenito cilj povrata topline.

Troškovi energije izračunati su kroz električnu snagu potrebnu za pogon cirkulacijska pumpa sustavi za povrat topline i ventilatori za dovodne i odsisne jedinice. Ova se snaga određuje na temelju gubitka tlaka u cirkulacijskom krugu, gustoće i brzine protoka srednje rashladne tekućine, kao i aerodinamičkog otpora ventilacijske jedinice i mreže. Sve navedene vrijednosti, osim gustoće rashladne tekućine, za koju se pretpostavlja da iznosi 1200 kg/m 3, izračunate su prema programima za odabir rekuperacije topline i ventilacijske opreme Veze doo. Osim toga, koeficijenti učinkovitosti korištenih crpki i ventilatora također su uključeni u izraze snage.

U izračunima su korištene prosječne vrijednosti: 0,35 za pumpe tipa GRUNDFOS s mokri rotor i 0,7 za ventilatore tipa RDN. Tarifa električne energije uzeta je u obzir prema podacima Mosenergo OJSC od sredine 2004. godine u iznosu od 1,17 rubalja/(kW ֹh). Kako se keff povećava, razina troškova energije raste, budući da se s povećanjem broja redova povratnih izmjenjivača topline povećava njihov otpor protoku zraka, kao i gubitak tlaka u cirkulacijskom krugu međurashladnog sredstva.

Međutim, općenito gledano, ova komponenta rashoda je značajna manje troškova za toplinsku energiju. Troškovi amortizacije također rastu s povećanjem keff u onoj mjeri u kojoj se povećavaju troškovi kapitala. Izračun ovih odbitaka provodi se na temelju osiguranja troškova za potpunu obnovu, kapital i Održavanje opreme, uzimajući u obzir procijenjeni životni vijek TAM opreme, za koji se u izračunima pretpostavlja da iznosi 15 godina.

Međutim, općenito se ukupni operativni troškovi smanjuju s povećanjem učinkovitosti recikliranja. Stoga je postojanje minimalne SDZ moguće na određenoj razini keff i fiksnoj vrijednosti T. Rezultati odgovarajućih izračuna prikazani su na slici. 2. Iz grafikona se lako vidi da se minimum na SDZ krivulji pojavljuje za gotovo svaki proračunski horizont, što je u smislu problema jednako potrebnom razdoblju povrata.

To znači da kada trenutne cijene opreme i tarifa za energente, svaka, pa i najbeznačajnija investicija u povrat topline isplati se i to vrlo brzo. Stoga je povrat topline s međurashladnim sredstvom gotovo uvijek opravdan. Kako se očekivano razdoblje povrata povećava, minimum na krivulji SDZ brzo se pomiče u područje veće učinkovitosti, dosežući 0,47 pri T = T AM = 15 godina.

Jasno je da će optimalna vrijednost keff za prihvaćeni period povrata biti ona pri kojoj se poštuje minimalni SDZ. Graf ovisnosti takvih optimalna vrijednost keff u odnosu na T prikazan je na sl. 3. Budući da je duže razdoblje povrata, prekoračenje projektiranog vijeka trajanja opreme, teško opravdano, očito je potrebno zaustaviti se na razini keff = 0,4-0,5, pogotovo jer s daljnjim povećanjem T, povećanje optimalnog učinkovitost naglo opada.

Osim toga, treba uzeti u obzir da razmatrana metoda povrata topline za bilo koju površinu izmjene topline i protok rashladne tekućine općenito ne može osigurati vrijednost keff veću od 0,52-0,55, što je potvrđeno izračunima pomoću tvrtke Veza program. Ako prihvatimo tarifu za toplinsku energiju kao za komercijalne potrošače u iznosu od 547 rubalja/Gcal, smanjenje godišnjih troškova zbog povrata topline bit će veće, pa je grafikon na Sl. 3 prikazuje gornju granicu mogućeg razdoblja povrata.

Dakle, navedeni raspon vrijednosti keff od 0,4 do 0,5 nalazi potpunu studiju izvedivosti. Stoga glavni praktične savjete Na temelju rezultata ove studije, moguće je širu primjenu povrata topline iz otpadnog zraka s međurashladnim sredstvom u svim zgradama u kojima postoji mehanička dovodna i odsisna ventilacija i klimatizacija, uz izbor koeficijenta temperaturne učinkovitosti blizu maksimalno moguće za ovu vrstu instalacije. Druga preporuka je da je za tržišno gospodarstvo obvezno uzeti u obzir diskontiranje kapitalnih i operativnih troškova kada se provodi tehnička i ekonomska usporedba opcija inženjerskih rješenja pomoću formule (1).

Štoviše, ako se uspoređuju samo dvije opcije, kao što je najčešće slučaj, prikladno je usporediti samo dodatne troškove i pretpostaviti da je u prvom slučaju K = 0, au drugom, naprotiv, E = 0, a K jednako je dodatnim ulaganjima u aktivnosti čija je izvedivost opravdana. Tada umjesto E u prvoj opciji trebate koristiti razliku u godišnjim troškovima između opcija. Nakon toga se konstruiraju grafikoni ovisnosti SDZ o T, au točki njihova sjecišta određuje se procijenjeno razdoblje povrata.

Ako se pokaže većim od TAM-a ili se grafikoni uopće ne sijeku, mjere nisu ekonomski opravdane. Dobiveni rezultati su vrlo općenite prirode, budući da ovisnost promjena kapitalnih troškova o stupnju povrata topline u trenutnoj tržišnoj situaciji ima malo veze s određenim proizvođačem ventilacijske opreme, a glavni utjecaj na operativne troškove općenito ima vrše samo troškovi toplinske i električne energije.

Stoga se predložene preporuke mogu koristiti pri donošenju ekonomski opravdanih odluka o uštedi energije u bilo kojem sustavu mehaničke ventilacije i klimatizacije. Osim toga, ovi rezultati imaju jednostavan i inženjerski oblik i lako se mogu razjasniti kada se trenutne cijene i tarife promijene.

Također treba napomenuti da razdoblje povrata dobiveno u gornjim proračunima, ovisno o prihvaćenom keffu, doseže vrijednost od 15 godina, tj. do TAM-a, u nekim je aspektima ograničavajući koji nastaje kada se uzmu u obzir svi kapitalni troškovi. Ako uzmemo u obzir samo dodatna kapitalna ulaganja izravno u povrat topline, razdoblje povrata zapravo se smanjuje na 3-4 godine, kao što je gore navedeno.

Posljedično, recikliranje topline ispušnog zraka s međurashladnim sredstvom doista je jeftina i brzo povratna mjera i zaslužuje najviše široka primjena u tržišnoj ekonomiji.

1. O.D. Samarin. O normizaciji toplinske zaštite zgrada. Časopis „S.O.K.“, broj 6/2004.
2. O.Ya. Kokorin. Moderni sustavi klima uređaj - M.: “Fizmatlit”, 2003.
3. V G. Gagarin. O nedovoljnoj opravdanosti povećanih zahtjeva toplinske zaštite vanjskih zidova zgrada. (Promjene br. 3 SNiP II-3–79). sub. izvješće 3. konf. RNTOS 23.–25.4.1998
4. O.D. Samarin. Ekonomski isplativa učinkovitost izmjenjivača topline s međurashladnim sredstvom. Skupština i poseban rad u graditeljstvu, broj 1/2003.
5. SNiP 23-01–99* “Građevinska klimatologija.” - M: Državno jedinstveno poduzeće TsPP, 2004.

Sanjate da u vašem domu vlada zdrava mikroklima i da niti jedna soba ne smrdi po pljesni i vlazi? Da bi kuća bila doista udobna, potrebno je izvršiti odgovarajuće proračune ventilacije čak iu fazi projektiranja.

Ako vam to nedostaje tijekom izgradnje kuće važna točka, u budućnosti ćete morati riješiti niz problema: od uklanjanja plijesni u kupaonici do novih renoviranja i ugradnje sustava zračnih kanala. Slažete se, nije baš ugodno vidjeti legla crne plijesni u kuhinji na prozorskoj dasci ili u kutovima dječje sobe, pa čak i uroniti u radovi na obnovi.

Članak koji smo predstavili sadrži korisne materijale o proračunu ventilacijskih sustava i referentnih tablica. Formule, vizualne ilustracije i pravi primjer za zatvorene prostore za razne namjene i određeno područje, prikazano u videu.

Uz točne izračune i pravilnu instalaciju, ventilacija kuće provodi se u prikladnom načinu rada. To znači da će zrak u stambenim prostorima biti svjež, normalne vlažnosti i bez neugodnih mirisa.

Ako se promatra suprotna slika, na primjer, stalna zagušljivost u kupaonici ili drugi negativni fenomeni, tada morate provjeriti stanje ventilacijskog sustava.

Galerija slika

Zaključci i koristan video na tu temu

Video #1. Korisne informacije o principima rada ventilacijskog sustava:

Video #2. Zajedno s ispušnim zrakom iz doma odlazi i toplina. Ovdje su jasno prikazani izračuni gubitaka topline povezanih s radom ventilacijskog sustava:

Ispravan proračun ventilacije temelj je njezinog uspješnog funkcioniranja i ključ povoljne mikroklime u kući ili stanu. Poznavanje osnovnih parametara na kojima se temelje takvi izračuni omogućit će ne samo pravilno projektiranje ventilacijskog sustava tijekom izgradnje, već i prilagođavanje njegovog stanja ako se okolnosti promijene.

Dio 1. Uređaji za povrat topline

Korištenje otpadne topline dimni plinovi
tehnološke peći.

Procesne peći najveći su potrošači energije u rafinerijama nafte i petrokemiji, u metalurgiji, kao iu mnogim drugim industrijama. U rafinerijama se u njima spali 3–4% sve prerađene nafte.

Prosječna temperatura dimnih plinova na izlazu iz peći u pravilu prelazi 400 °C. Količina topline odnesene dimnim plinovima iznosi 25-30% ukupne topline koja se oslobađa izgaranjem goriva. Stoga je isključivo povrat topline iz dimnih plinova iz procesnih peći veliki značaj.

Pri temperaturama dimnih plinova iznad 500 °C potrebno je koristiti kotlove otpadne topline (HRB).

Kada je temperatura dimnih plinova niža od 500 °C, preporuča se koristiti grijače zraka – VP.

Najveći ekonomski učinak postiže se u prisutnosti instalacije s dvije jedinice koja se sastoji od HRSG i VP (u HRSG plinovi se hlade na 400 ° C i ulaze u grijač zraka za daljnje hlađenje) - češće se koristi u petrokemijska poduzeća pri visokim temperaturama dimnih plinova.

Kotlovi za otpadnu toplinu.

U Toplina iz dimnih plinova koristi se za proizvodnju vodene pare. Učinkovitost peći se povećava za 10 - 15.

Kotlovi za otpadnu toplinu mogu biti ugradbeni u konvekcijsku komoru ložišta ili udaljeni.

Udaljeni kotlovi za otpadnu toplinu dijele se u dvije vrste:

1) kotlovi s plinskim cijevima;

2) kotlovi šaržnog konvektivnog tipa.

Izbor potrebnog tipa provodi se ovisno o potrebnom tlaku nastale pare. Prvi se relativno koriste za proizvodnju pare niski pritisak– 14 – 16 atm., drugi – za stvaranje pare pod pritiskom do 40 atm. (međutim, projektirani su za početnu temperaturu dimnih plinova od oko 850 °C).

Tlak proizvedene pare mora se odabrati uzimajući u obzir da li se sva para troši u samom postrojenju ili postoji višak koji se mora ispustiti u opću mrežu postrojenja. U potonjem slučaju, tlak pare u bubnju kotla mora biti usklađen s tlakom pare u općoj mreži postrojenja kako bi se višak pare uklonio u mrežu i izbjeglo neekonomično prigušivanje pri ispuštanju u niskotlačnu mrežu.

Plinski kotlovi za otpadnu toplinu strukturno su slični izmjenjivačima topline "cijev u cijevi". Propuštaju se dimni plinovi unutarnja guma, a u međucijevnom prostoru nastaje vodena para. Nekoliko takvih uređaja nalazi se paralelno.

Kotlovi za otpadnu toplinu šaržnog konvekcijskog tipa imaju više složen dizajn. Shematski dijagram Rad HRSG ovog tipa prikazan je na sl. 5.4.

Ovdje se koristi prirodna cirkulacija vode i prikazana je najpotpunija konfiguracija HRSG-a s ekonomajzerom i pregrijačem.

Shematski prikaz rada kotla otpadne topline

paketno-konvektivnog tipa

Kemijski pročišćena voda (CPW) ulazi u kolonu odzračivača kako bi se uklonili plinovi otopljeni u njoj (uglavnom kisik i ugljični dioksid). Voda teče niz ploče i ne prolazi prema njima u protustruji. veliki broj vodena para. Voda se zagrijava vodenom parom na 97 - 99 °C i zbog smanjenja topljivosti plinova s ​​porastom temperature, njihov glavni dio se oslobađa i ispušta iznad deaeratora u atmosferu. Para predaje svoju toplinu vodi i kondenzira se. Odzračenu vodu s dna kolone uzima pumpa i diže potreban tlak. Voda prolazi kroz zavojnicu ekonomizatora, u kojoj se zagrijava gotovo do točke vrenja vode pri zadanom tlaku i ulazi u bubanj (odvajač pare). Voda u separatoru pare ima temperaturu jednaku vrelištu vode pri određenom tlaku. Voda cirkulira kroz zavojnice za proizvodnju pare zbog razlike u gustoći (prirodna cirkulacija). U tim zavojnicama dio vode ispari, a smjesa pare i tekućine se vraća u bubanj. Zasićena vodena para se odvaja od tekuće faze i ispušta s vrha bubnja u zavojnicu pregrijača. U pregrijaču se zasićena para pregrijava na traženu temperaturu i ispušta do potrošača. Dio nastale pare koristi se za odzračivanje napojne vode.

Pouzdanost i ekonomičnost rada CP uvelike ovisi o pravilnoj organizaciji vodni režim. Kod nepravilne uporabe dolazi do intenzivnog stvaranja kamenca, korozije grijaćih površina i onečišćenja pare.

Kamenac su guste naslage koje nastaju kada se voda zagrijava i isparava. Voda sadrži bikarbonate, sulfate i druge soli kalcija i magnezija (soli tvrdoće), koje zagrijavanjem prelaze u bikarbonate i talože se. Kamenac, koji ima toplinsku vodljivost nekoliko redova veličine nižu od metala, dovodi do smanjenja koeficijenta prijenosa topline. Zbog toga se smanjuje snaga protoka topline kroz površinu za izmjenu topline i, naravno, smanjuje se učinkovitost izmjenjivača topline (smanjuje se količina proizvedene pare). Temperatura dimnih plinova odvedenih iz HRSG raste. Osim toga, zavojnice se pregrijavaju i oštećuju zbog smanjenja nosivosti čelika.

Za sprječavanje stvaranja kamenca kao napojna voda koristi se predkemijski pročišćena voda (može se uzimati iz termoelektrana). Osim toga, kontinuirano i periodično pročišćavanje sustavi (odstranjivanje dijela vode). Puhanjem se sprječava povećanje koncentracije soli u sustavu (voda stalno isparava, ali soli koje sadrži ne, pa se koncentracija soli povećava). Kontinuirano propuhivanje kotla je obično 3 - 5% i ovisi o kvaliteti napojne vode (ne smije prelaziti 10%, budući da je gubitak topline povezan s propuhivanjem). Prilikom rada visokotlačnih HRSG-ova koji rade s prisilnom cirkulacijom vode, dodatno se koristi fosfatiranje unutar kotla. Pritom se kationi kalcija i magnezija, koji ulaze u sastav sulfata koji stvaraju kamenac, vežu s fosfatnim anionima, tvoreći spojeve koji su slabo topljivi u vodi i talože se u vodenom volumenu kotla, u obliku mulja koji se lako uklanjaju tijekom puhanja.

Kisik i ugljični dioksid otopljeni u napojnoj vodi uzrokuju koroziju unutarnjih stijenki kotla, a brzina korozije raste s povećanjem tlaka i temperature. Toplinska deaeracija koristi se za uklanjanje plinova iz vode. Također, mjera zaštite od korozije je održavanje brzine u cijevima pri kojoj se mjehurići zraka ne mogu zadržati na njihovoj površini (iznad 0,3 m/s).

Zbog povećanja hidrauličkog otpora plinskog puta i smanjenja sile prirodnog propuha, postaje potrebno ugraditi odimljavač (umjetni propuh). U tom slučaju temperatura dimnih plinova ne bi smjela prijeći 250 °C kako bi se izbjeglo uništenje ovog uređaja. Ali što je niža temperatura ispušnih dimnih plinova, potrebno je imati snažniji ispušni uređaj (povećava se potrošnja električne energije).

Razdoblje povrata za CP obično ne prelazi godinu dana.

Grijači zraka. Koriste se za zagrijavanje zraka koji se dovodi u peć za izgaranje goriva. Zagrijavanje zraka omogućuje vam smanjenje potrošnje goriva u peći (učinkovitost se povećava za 10 - 15%).

Temperatura zraka nakon grijača zraka može doseći 300 – 350 °C. To pomaže poboljšati proces izgaranja i povećati potpunost izgaranja goriva, što je vrlo važna prednost pri korištenju tekućih goriva visoke viskoznosti.

Također, prednosti grijača zraka u odnosu na HRSG su jednostavnost njihovog dizajna, siguran rad i odsutnost potrebe za ugradnjom dodatna oprema(odzračivači, pumpe, izmjenjivači topline itd.). Međutim, pri trenutnom omjeru cijena goriva i vodene pare, grijači zraka su manje ekonomični od HRSG-a (cijena pare kod nas je vrlo visoka - 6 puta veća po 1 GJ). Stoga je potrebno odabrati način iskorištavanja topline iz dimnih plinova na temelju specifične situacije u pojedinom postrojenju, poduzeću i sl.

Koriste se dvije vrste grijača zraka: 1) rekuperativni(prolaz topline kroz zid); 2) regenerativni(skladištenje topline).

Dio 2. Povrat topline iz ventilacijskih emisija

Velika količina topline troši se za grijanje i ventilaciju industrijskih i javnih zgrada i građevina. Za određene industrije (uglavnom laku industriju) ti troškovi dosežu 70-80% ili više opća potreba u toplinskoj energiji. U većini poduzeća i organizacija ne koristi se toplina ispušnog zraka iz sustava ventilacije i klimatizacije.

Općenito, ventilacija se koristi vrlo široko. Ventilacijski sustavi ugrađuju se u stanove, javne ustanove (škole, bolnice, sportski klubovi, bazeni, restorani), industrijske prostore itd. Različiti tipovi mogu se koristiti za različite namjene sustavi ventilacije. Obično, ako je volumen zraka koji se mora zamijeniti u prostoriji po jedinici vremena (m 3 / h) mali, tada prirodna ventilacija. Takvi sustavi implementirani su u svaki stan i većinu javnih ustanova i organizacija. U ovom slučaju koristi se fenomen konvekcije - zagrijani zrak (smanjene gustoće) izlazi kroz otvori za ventilaciju i ispušta se u atmosferu, a na njegovo mjesto se kroz nepropusne otvore na prozorima, vratima i sl. usisava svježi hladan (veće gustoće) zrak s ulice. U ovom slučaju gubitak topline je neizbježan, jer zagrijavanje hladnog zraka koji ulazi u prostoriju zahtijeva dodatnu potrošnju rashladnog sredstva. Stoga se primjena čak i najsuvremenijih termoizolacijskih konstrukcija i materijala tijekom gradnje ne može u potpunosti eliminirati toplinski gubici. U našim stanovima 25–30% gubitaka topline povezano je upravo s radom ventilacije, u svim ostalim slučajevima ta je vrijednost mnogo veća.

Sustavi prisilne (umjetne) ventilacije koriste se kada je potrebna intenzivna izmjena velikih količina zraka, što je obično povezano sa sprječavanjem porasta koncentracije opasnih tvari (štetnih, otrovnih, požarno-eksplozivnih, loš miris) u sobi. Prisilna ventilacija provodi se u proizvodnim pogonima, skladištima, skladištima poljoprivrednih proizvoda i sl.

Su korišteni sustavi prisilne ventilacije tri vrste:

Sustav opskrbe sastoji se od puhala koje tjera svježi zrak u prostoriju, kanala za dovod zraka i sustava za ravnomjernu distribuciju zraka po prostoriji. Višak zraka istiskuje se kroz otvore na prozorima, vratima itd.

Ispušni sustav sastoji se od puhala koje pumpa zrak iz prostorije u atmosferu, odsisnog kanala i sustava za ravnomjerno odvođenje zraka iz volumena prostorije. U ovom slučaju, svježi zrak se usisava u prostoriju kroz različite curenja ili posebne sustave opskrbe.

Kombinirani sustavi su kombinirani dovodni i ispušni sustavi ventilacije. Koriste se, u pravilu, kada je potrebna vrlo intenzivna izmjena zraka u velikim prostorijama; Istodobno, potrošnja topline za grijanje svježi zrak maksimum.

Primjena sustava prirodna ventilacija i odvojeni ispuh i opskrbna ventilacija ne dopušta da se toplina ispušnog zraka iskoristi za zagrijavanje svježeg zraka koji ulazi u prostoriju. Kada rade kombinirani sustavi, moguće je povratiti toplinu iz ventilacijskih emisija kako bi se djelomično zagrijao dovodni zrak i smanjila potrošnja toplinske energije. Ovisno o razlici temperatura zraka u zatvorenom i otvorenom prostoru, potrošnja topline za zagrijavanje svježeg zraka može se smanjiti za 40-60%. Grijanje se može provoditi u regenerativnim i rekuperativnim izmjenjivačima topline. Prvi su poželjniji jer imaju manje dimenzije, potrošnju metala i hidraulički otpor, učinkovitiji su i imaju dug vijek trajanja (20 - 25 godina).

Zračni kanali spojeni su na izmjenjivače topline, a toplina se prenosi izravno iz zraka u zrak kroz pregradnu stijenku ili mlaznicu za skladištenje. Ali u nekim slučajevima postoji potreba za odvajanjem dovodnih i odvodnih kanala na znatnoj udaljenosti. U ovom slučaju može se implementirati shema izmjene topline s srednjom cirkulirajućom rashladnom tekućinom. Primjer rada takvog sustava pri sobnoj temperaturi od 25 °C i temperaturi okoline od 20 °C prikazan je na sl. 5.5.

Dijagram izmjene topline s srednjom cirkulirajućom rashladnom tekućinom:

1 – kanal odvodnog zraka; 2 – kanal dovodnog zraka; 3.4 – peraje
cjevaste zavojnice; 5 – međucijevovodi za cirkulaciju rashladnog sredstva
(koncentrirane rashladne tekućine obično se koriste kao međurashladne tekućine u takvim sustavima vodene otopine soli - salamure); 6 – pumpa; 7 – zavojnica za
dodatno zagrijavanje svježeg zraka vodenom parom odn Vruća voda

Sustav radi na sljedeći način. Topli zrak(+ 25 °C) odvodi se iz prostorije kroz odvodni kanal 1 kroz komoru u kojoj je ugrađena rebrasta zavojnica 3 . Zrak pere vanjska površina zavojnicu i prenosi toplinu na hladnu međurashladnu tekućinu (slanu vodu) koja teče unutar zavojnice. Zrak se hladi na 0 °C i ispušta u atmosferu, a slana otopina se zagrijava na 15 °C kroz cirkulacijske cjevovode 5 ulazi u komoru za grijanje svježeg zraka na kanalu dovodnog zraka 2 . Ovdje međurashladno sredstvo prenosi toplinu svježem zraku, zagrijavajući ga od – 20 °C do + 5 °C. Sama međurashladna tekućina se hladi od + 15 °C do – 10 °C. Ohlađena slana otopina se dovodi do pumpe i vraća u sustav za recirkulaciju.

Svježi dovodni zrak, zagrijan na + 5 °C, može se odmah unijeti u prostoriju i zagrijati na potrebnu temperaturu (+ 25 °C) pomoću klasičnih radijatora za grijanje ili se može zagrijati direktno u ventilacijskom sustavu. Da biste to učinili, na kanalu dovodnog zraka postavlja se dodatni dio u koji se postavlja rebrasta zavojnica. Vruća rashladna tekućina (voda za grijanje ili vodena para) teče unutar cijevi, a zrak ispire vanjsku površinu zavojnice i zagrijava se do + 25 ° C, nakon čega se topli svježi zrak distribuira po prostoriji.

Korištenje ove metode ima niz prednosti. Prvo, zbog velike brzine zraka u dijelu grijanja, koeficijent prijenosa topline značajno se povećava (nekoliko puta) u usporedbi s konvencionalnim radijatorima grijanja. To dovodi do značajnog smanjenja ukupne potrošnje metala u sustavu grijanja - smanjenje kapitalnih troškova. Drugo, soba nije pretrpana radijatorima grijanja. Treće, postiže se ravnomjerna raspodjela temperature zraka u cijeloj prostoriji. A kada koristite radijatore za grijanje u velikim prostorijama, teško je osigurati ravnomjerno zagrijavanje zraka. U lokalnim područjima temperatura zraka može biti znatno viša ili niža od normale.

Jedina mana je što se hidraulički otpor putanje zraka i potrošnja energije za pogon puhala dovodnog zraka malo povećavaju. Ali prednosti su toliko značajne i očite da se predgrijavanje zraka izravno u ventilacijskom sustavu može preporučiti u velikoj većini slučajeva.

Kako bi se osigurala mogućnost povrata topline u slučaju korištenja zasebnih dovodnih ili ispušnih ventilacijskih sustava, potrebno je organizirati centralizirani izlaz zraka, odnosno dovod zraka, kroz posebno montirane zračne kanale. U tom slučaju potrebno je ukloniti sve pukotine i curenja kako bi se spriječilo nekontrolirano puhanje ili curenje zraka.

Sustavi izmjene topline između zraka uklonjenog iz prostorije i svježeg zraka mogu se koristiti ne samo za zagrijavanje dovodnog zraka u hladnoj sezoni, već i za hlađenje ljeti, ako je soba (ured) opremljena klima uređajima. Hlađenje na temperature ispod temperature okoline uvijek uključuje visoke troškove energije (električne energije). Stoga možete smanjiti potrošnju energije za održavanje ugodne sobne temperature u vrućoj sezoni prethodnim hlađenjem svježeg zraka, iscrpljenog hladnim zrakom.

Toplinska VER.

Toplinska energija i energetski izvori uključuju fizikalnu toplinu ispušnih plinova kotlovnica i industrijske peći, glavni ili međuproizvodi, ostali otpad iz glavne proizvodnje, kao i toplina radnih fluida, pare i tople vode, utrošena u tehnološkim i energetskim jedinicama. Za iskorištavanje izvora toplinske energije koriste se izmjenjivači topline, kotlovi za otpadnu toplinu ili toplinski agensi. Povrat topline iz procesnih tokova otpada u izmjenjivačima topline može se dogoditi kroz površinu koja ih razdvaja ili kroz izravni kontakt. Toplinski HER može doći u obliku koncentriranih toplinskih tokova ili u obliku raspršene topline okoliš. U industriji koncentrirani tokovi čine 41%, a raspršena toplina – 59%. Koncentrirani tokovi uključuju toplinu iz dimnih plinova iz peći i kotlova, Otpadne vode tehnološke instalacije i stambeno-komunalni sektor. Toplinski HER-ovi se dijele na visokotemperaturne (s temperaturom nosača iznad 500 °C), srednjetemperaturne (na temperaturama od 150 do 500 °C) i niskotemperaturne (na temperaturama ispod 150 °C). Pri korištenju instalacija, sustava i uređaja male snage toplinski tokovi odvedeni iz njih su mali i raspršeni u prostoru, što otežava njihovo zbrinjavanje zbog niske isplativosti.

Glavna svrha ispušna ventilacija je uklanjanje ispušnog zraka iz servisiranih prostorija. Ispušna ventilacija, u pravilu, radi zajedno s dovodnom ventilacijom, koja je zauzvrat odgovorna za opskrbu čistim zrakom.

Da biste imali povoljnu i zdravu mikroklimu u prostoriji, morate izraditi kompetentan dizajn sustava za razmjenu zraka, izvršiti odgovarajuće izračune i instalirati potrebne jedinice prema svim pravilima. Prilikom planiranja morate imati na umu da o tome ovisi stanje cijele zgrade i zdravlje ljudi koji se u njoj nalaze.

Najmanje pogreške dovode do činjenice da se ventilacija prestaje nositi sa svojom funkcijom kako bi trebala, u sobama se pojavljuju gljivice, završni i građevinski materijali se uništavaju, a ljudi se počinju razboljeti. Stoga se ni u kojem slučaju ne smije podcijeniti važnost pravilnog proračuna ventilacije.

Glavni parametri ispušne ventilacije

Ovisno o tome koje funkcije ventilacijski sustav obavlja, postojeće instalacije obično se dijele na:

1. Ispušni. Neophodan za unos ispušnog zraka i njegovo uklanjanje iz prostorije.
2. Ulaz. Omogućuje svjež, čist zrak s ulice.
3. Opskrba i ispuh. Istodobno se uklanja stari pljesnivi zrak i uvodi novi zrak u prostoriju.

Ispušne jedinice se uglavnom koriste u proizvodnji, uredima, skladištima i drugim sličnim prostorima. Nedostatak ispušne ventilacije je da bez istovremenog uređaja sustav opskrbe radit će vrlo loše.

Ako se iz prostorije izvuče više zraka nego što se dovodi, nastat će propuh. Zato dovodni i ispušni sustav je najučinkovitiji. Pruža maksimum ugodnim uvjetima kako u stambenim tako iu industrijskim i radnim prostorima.

Suvremeni sustavi opremljeni su raznim dodatnim uređajima koji pročišćavaju zrak, griju ga ili hlade, vlaže i ravnomjerno raspoređuju po prostoru. Stari zrak se uklanja kroz napu bez ikakvih poteškoća.

Prije nego što počnete uređivati ​​ventilacijski sustav, morate vrlo ozbiljno shvatiti postupak izračuna. Sam proračun ventilacije usmjeren je na određivanje glavnih parametara glavnih komponenti sustava. Tek utvrđivanjem naj prikladne karakteristike, možete napraviti ventilaciju koja će u potpunosti ispuniti sve zadatke koji su joj dodijeljeni.

Tijekom proračuna ventilacije određuju se sljedeći parametri:

1. Potrošnja.
2. Radni tlak.
3. Snaga grijača.
4. Površina poprečnog presjeka zračnih kanala.

Po želji možete dodatno izračunati potrošnju energije za rad i održavanje sustava.

Povratak na sadržaj

Korak po korak upute za određivanje performansi sustava

Izračun ventilacije počinje određivanjem njegovog glavnog parametra - produktivnosti. Dimenzionalna jedinica učinka ventilacije je m³/h. Kako bi se izračun protoka zraka izvršio ispravno, morate znati sljedeće podatke:

1. Visina prostorija i njihova površina.
2. Glavna svrha svake sobe.
3. Prosječan broj ljudi koji će biti u prostoriji u isto vrijeme.

Da biste izvršili izračun, trebat će vam sljedeća oprema:

1. Traka za mjerenje.
2. Papir i olovka za bilješke.
3. Kalkulator za izračune.

Da biste izvršili izračun, morate saznati takav parametar kao što je brzina izmjene zraka po jedinici vremena. Ovu vrijednost postavlja SNiP u skladu s vrstom sobe. Za stambene, industrijske i administrativne prostore parametar će varirati. Također morate uzeti u obzir takve točke kao što su broj uređaja za grijanje i njihova snaga, prosječan broj ljudi.

Za kućne prostorije, stupanj izmjene zraka koji se koristi u postupku izračuna je 1. Pri proračunu ventilacije za administrativne prostorije koristite vrijednost izmjene zraka od 2-3, ovisno o specifičnim uvjetima. Učestalost izmjene zraka izravno pokazuje da će se, primjerice, u kućnoj prostoriji zrak potpuno obnoviti jednom svakih 1 sat, što je u većini slučajeva više nego dovoljno.

Izračun produktivnosti zahtijeva dostupnost podataka kao što su količina izmjene zraka po množini i broju ljudi. Bit će potrebno uzeti najveću vrijednost i, počevši od nje, odabrati odgovarajuću snagu ispušne ventilacije. Stopa izmjene zraka izračunava se pomoću jednostavne formule. Dovoljno je pomnožiti površinu prostorije s visinom stropa i vrijednošću višestrukosti (1 za kućanstvo, 2 za administraciju itd.).

Da biste izračunali razmjenu zraka prema broju ljudi, pomnožite količinu zraka koju potroši 1 osoba s brojem ljudi u prostoriji. Što se tiče količine potrošenog zraka, u prosjeku, uz minimalnu tjelesnu aktivnost, 1 osoba troši 20 m³/h, s prosječnom aktivnošću ta se brojka penje na 40 m³/h, a s visokom aktivnošću već 60 m³/h.

Da bismo bili jasniji, možemo dati primjer izračuna za običnu spavaću sobu s površinom od 14 m². U spavaćoj sobi su 2 osobe. Strop ima visinu od 2,5 m. Sasvim standardni uvjeti za jednostavan gradski stan. U prvom slučaju izračun će pokazati da je izmjena zraka 14x2,5x1=35 m³/h. Prilikom izvođenja izračuna prema drugoj shemi, vidjet ćete da je već jednak 2x20 = 40 m³/h. Potrebno je, kao što je već navedeno, uzeti veću vrijednost. Stoga, konkretno u u ovom primjeru Obračun će se vršiti na temelju broja osoba.

Korištenjem istih formula izračunava se potrošnja kisika za sve ostale prostorije. Zaključno, preostaje samo zbrojiti sve vrijednosti, dobiti ukupnu učinkovitost i na temelju tih podataka odabrati opremu za ventilaciju.

Standardne vrijednosti performansi ventilacijskih sustava su:

1. Od 100 do 500 m³/h za obične stambene stanove.
2. Od 1000 do 2000 m³/h za privatne kuće.
3. Od 1000 do 10000 m³/h za industrijske prostore.

Povratak na sadržaj

Određivanje snage grijača zraka

Da bi se proračun ventilacijskog sustava proveo u skladu sa svim pravilima, potrebno je uzeti u obzir snagu grijača zraka. To se radi ako je opskrbna ventilacija organizirana u kombinaciji s ispušnom ventilacijom. Grijač je instaliran tako da se zrak koji dolazi s ulice zagrijava i ulazi u prostoriju već toplo. Relevantno u hladnom vremenu.

Izračun snage grijača zraka određuje se uzimajući u obzir vrijednosti kao što su protok zraka, potrebna izlazna temperatura i minimalna temperatura ulaznog zraka. Posljednje 2 vrijednosti odobrene su u SNiP-u. U skladu s ovim regulatornim dokumentom, temperatura zraka na izlazu grijača mora biti najmanje 18 °. Minimalna vanjska temperatura zraka treba biti određena u skladu s regijom stanovanja.

Moderni ventilacijski sustavi uključuju regulatore učinka. Takvi uređaji dizajnirani su posebno za smanjenje brzine cirkulacije zraka. Za hladnog vremena to će smanjiti količinu energije koju troši grijač zraka.

Za određivanje temperature na kojoj uređaj može zagrijati zrak koristi se jednostavna formula. Prema njemu, trebate uzeti vrijednost snage jedinice, podijeliti je s protokom zraka, a zatim pomnožiti dobivenu vrijednost s 2,98.

Na primjer, ako je protok zraka u objektu 200 m³/h, a grijač ima snagu od 3 kW, tada zamjenom ovih vrijednosti u gornju formulu dobit ćete da će uređaj zagrijati zrak za maksimalno 44°. Odnosno, ako u zimsko vrijeme Vani će biti -20°, tada će odabrani grijač zraka moći zagrijati kisik na 44-20 = 24°.

Povratak na sadržaj

Radni tlak i presjek kanala

Izračun ventilacije uključuje obvezno određivanje takvih parametara kao što su radni tlak i presjeka zračnih kanala. Učinkovit i cjelovit sustav uključuje razdjelnike zraka, zračne kanale i armature. Prilikom određivanja radnog tlaka potrebno je uzeti u obzir sljedeće pokazatelje:

1. Oblik ventilacijskih cijevi i njihov presjek.
2. Parametri ventilatora.
3. Broj prijelaza.

Izračun odgovarajućeg promjera može se izvršiti pomoću sljedećih odnosa:

1. Za stambenu zgradu, cijev s površinom poprečnog presjeka od 5,4 cm² bit će dovoljna za 1 m prostora.
2. Za privatne garaže - cijev s presjekom od 17,6 cm² po 1 m² površine.

Parametar kao što je brzina protoka zraka izravno je povezan s poprečnim presjekom cijevi: u većini slučajeva brzina se odabire u rasponu od 2,4-4,2 m / s.

Dakle, pri izračunavanju ventilacije, bilo da se radi o ispušnom, dovodnom ili dovodno-ispušnom sustavu, morate uzeti u obzir niz najvažnije parametre. Učinkovitost cijelog sustava ovisi o ispravnosti ove faze, stoga budite oprezni i strpljivi. Po želji možete dodatno odrediti potrošnju energije za rad sustava koji se instalira.

Potrošnja topline za grijanje sanitarni standardi dovod vanjskog zraka na modernim metodama toplinska zaštita ogradnih konstrukcija je in stambene zgrade do 80% toplinskog opterećenja na uređaji za grijanje, au javnim i upravnim zgradama - više od 90%. Stoga su energetski štedljivi sustavi grijanja u moderni dizajni zgrade se mogu stvoriti samo ako

recikliranje topline ispušnog zraka za zagrijavanje sanitarnog standarda dovodnog vanjskog zraka.

Također postoji uspješno iskustvo u korištenju upravna zgrada u Moskvi, instalacije za recikliranje s cirkulacijom pumpe srednje rashladne tekućine - antifriz.

Kada se dovodne i ispušne jedinice nalaze na udaljenosti većoj od 30 m jedna od druge, sustav recikliranja s pumpnom cirkulacijom antifriza je najracionalniji i najekonomičniji. Ako se nalaze u blizini, moguće je još učinkovitije rješenje. Tako u klimatskim krajevima sa blage zime Kada vanjska temperatura zraka ne pada ispod -7 °C, naširoko se koriste pločasti izmjenjivači topline.

Na sl. Slika 1 prikazuje dijagram dizajna pločastog rekuperativnog (prijenos topline se provodi kroz pregradnu stijenku) rekuperativnog izmjenjivača topline. Ovdje je prikazan (slika 1, a) izmjenjivač topline "zrak-zrak" sastavljen od pločastih kanala, koji mogu biti izrađeni od tankog pocinčanog čeličnog lima, aluminija itd.

Slika 1.a - pločasti kanali u koje odvodni zrak L y ulazi iznad pregradnih stijenki kanala, a horizontalni dovodni zrak vanjski zrak L b.n.; b - cjevasti kanali u kojima odvodni zrak L y prolazi kroz cijevi odozgo, a vanjski dovodni zrak L p.n vodoravno u međucijevnom prostoru

Pločasti kanali su zatvoreni u kućište koje ima prirubnice za spajanje na dovodne i odvodne kanale.

Na sl. 1, b prikazuje izmjenjivač topline "zrak-zrak" izrađen od cjevastih elemenata, koji također mogu biti izrađeni od aluminija, pocinčanog čelika, plastike, stakla itd. Cijevi su učvršćene u gornji i donji cijevni lim, što čini kanala za prolaz odvodnog zraka. Bočne stijenke i cijevni listovi čine okvir izmjenjivača topline, s otvorenim prednjim dijelovima, koji su spojeni na kanal za dovod zraka za dovod vanjskog zraka L p.n.

Zahvaljujući razvijenoj površini kanala i ugradnji mlaznica za turbulizaciju zraka u njima, u ovakvim izmjenjivačima topline "zrak-zrak" postiže se visoka toplinska učinkovitost θ t p.n. (do 0,75), a to je glavna prednost takvih uređaja.

Nedostatak ovih rekuperatora je potreba predgrijavanja vanjskog dovodnog zraka u električnim grijačima na temperaturu ne nižu od -7 °C (kako bi se izbjeglo smrzavanje kondenzata na strani vlažnog odvodnog zraka).

Na sl. Slika 2 prikazuje dijagram dizajna dovodne i odvodne jedinice s pločastim uređajem za povrat topline ispušnog zraka L y za zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L p.n. Dovodna i ispušna jedinica izrađene su u jednom kućištu. Filtri 1 i 4 instalirani su prvi na ulazu vanjskog dovodnog zraka L i uklonjenog ispušnog zraka L. Oba pročišćena strujanja zraka iz rada ventilatora dovoda 5 i odsisa 6 prolaze kroz pločasti izmjenjivač topline 2, gdje energija zagrijani ispušni zrak L prenosi se u dovod hladne L p.n.

Slika 2. Dijagram dizajna dovodnih i odvodnih jedinica s pločastim izmjenjivačem topline koji ima zaobilazni zračni kanal kroz dovod vanjskog zraka:1 - filtar zraka u dovodnoj jedinici; 2 - pločasti rekuperacijski izmjenjivač topline; 3 - prirubnica za spajanje zračnog kanala za unos ispušnog zraka; 4 - džepni filter za čišćenje ispušnog zraka L y; 5 - dovodni ventilator s elektromotorom na jednom okviru; 6 - ispušni ventilator s elektromotorom na jednom okviru; 7 - posuda za skupljanje kondenzirane vlage iz kanala za prolaz ispušnog zraka; 8 - cjevovod za odvod kondenzata; 9 - premosni zračni kanal za prolaz dovodnog zraka L p.n.; 10 - automatski pogon zračni ventili u zaobilaznom kanalu; 11 - grijač za dogrijavanje dovodnog vanjskog zraka, hranjen toplom vodom

Odvodni zrak u pravilu ima visok sadržaj vlage i temperaturu rosišta od najmanje +4 °C. Kada u kanale izmjenjivača topline 2 uđe hladan vanjski zrak s temperaturom ispod +4 °C, na pregradnim stijenkama će se uspostaviti temperatura pri kojoj će doći do kondenzacije vodene pare na dijelu površine kanala sa strane kretanje uklonjenog ispušnog zraka.

Nastali kondenzat će pod utjecajem strujanja zraka L y intenzivno otjecati u posudu 7, odakle se cjevovodom spojenim na cijev 8 ispušta u kanalizaciju (ili spremnik).

Pločasti izmjenjivač topline karakterizira sljedeća jednadžba toplinske bilance predane topline vanjskom dovodnom zraku:

gdje je Qtu toplinska energija koju koristi dovodni zrak; L y, L p.n - protok grijanog ispušnog i vanjskog dovodnog zraka, m 3 / h; ρ y, ρ p.n - specifične gustoće zagrijanog ispušnog i vanjskog dovodnog zraka, kg/m 3 ; I y 1 i I y 2 - početna i konačna entalpija zagrijanog odvodnog zraka, kJ/kg; t n1 i t n2, c p - početna i konačna temperatura, °C, i toplinski kapacitet, kJ/(kg · °C), vanjskog dovodnog zraka.

Pri niskim početnim temperaturama vanjskog zraka t n.x ≈ t n1 na razdjelnim stijenkama kanala, kondenzat koji pada iz ispušnog zraka nema vremena otjecati u posudu 7, već se smrzava na stijenkama, što dovodi do suženja protoka i povećava aerodinamički otpor prolazu ispušnog zraka. Ovo povećanje aerodinamičkog otpora očitava senzor, koji prenosi naredbu pogonu 10 za otvaranje zračnih ventila u obilaznom kanalu 9.

Ispitivanja pločastih izmjenjivača topline u ruskoj klimi pokazala su da kada vanjska temperatura zraka padne na tn.x ≈ tn1 ≈ -15 °C, zračni ventili u obilaznici 9 su potpuno otvoreni i sav dolazni vanjski zrak L p.n prolazi zaobilazeći pločasti kanali izmjenjivača topline 2.

Zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L p.n od t n.x do t p.n provodi se u grijaču 11, koji se napaja toplom vodom iz centralnog izvora topline. U ovom načinu rada, Qtu, izračunat jednadžbom (9.10), jednak je nuli, jer samo ispušni zrak prolazi kroz priključeni izmjenjivač topline 2 i I y 1 ≈ I y 2, tj. Nema povrata topline.

Drugi način sprječavanja smrzavanja kondenzata u kanalima izmjenjivača topline 2 je električno predgrijavanje dovodnog vanjskog zraka od t br.x do t br.1 = -7 °C. U uvjetima projektiranja hladnog razdoblja u godini u klimi Moskve, hladni dovod vanjskog zraka u električnom grijaču treba zagrijati za ∆t t.el = t n1 - t n.x = -7 + 26 = 19 ° C. Zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka pri θ t p.n = 0,7 i t u1 = 24 °C bit će t p.n = 0,7 · (24 + 7) - 7 = 14,7 °C ili ∆t t.u = 14,7 + 7 = 21,7 °C.

Izračuni pokazuju da je u ovom načinu rada zagrijavanje u izmjenjivaču topline iu grijaču zraka gotovo isto. Korištenje premosnog ili električnog predgrijanja značajno smanjuje toplinsku učinkovitost pločastih izmjenjivača topline u sustavima opskrbe i ispušne ventilacije u ruskoj klimi.

Kako bi uklonili ovaj nedostatak, domaći stručnjaci razvili su originalnu metodu za brzo periodično odmrzavanje pločastih izmjenjivača topline zagrijavanjem ispušnog zraka koji se uklanja, što osigurava pouzdan i energetski učinkovit rad jedinica tijekom cijele godine.

Na sl. Slika 3 prikazuje shematski dijagram instalacije za povrat topline otpadnog zraka X za zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L pn uz brzo uklanjanje smrzavanja kanala 2 radi poboljšanja prolaza otpadnog zraka kroz pločasti izmjenjivač topline 1.

Zračnim kanalima 3 izmjenjivač topline 1 spojen je na prolazni put dovodnog vanjskog zraka L pn, a zračnim kanalima 4 na prolazni put uklonjenog odvodnog zraka L y.

Slika 3. Shematski dijagram upotrebe pločastog izmjenjivača topline u ruskoj klimi: 1 - pločasti izmjenjivač topline; 2 - pločasti kanali za prolaz hladnog dovodnog vanjskog zraka L pn i toplog odvodnog zraka L y; 3 - spojni zračni kanali za prolaz dovodnog vanjskog zraka L p.n.; 4 - spojni zračni kanali za prolaz uklonjenog ispušnog zraka L y; 5 - grijač u struji ispušnog zraka L na ulazu u kanale 2 pločastog izmjenjivača topline 1.6 - automatski ventil na cjevovodu za dovod tople vode G w g; 7 - električni priključak; 8 - senzor za nadzor otpora protoka zraka u kanalima 2 za prolaz ispušnog zraka L y; 9 - odvod kondenzata

Na niske temperature dovod vanjskog zraka (t n1 = t n. x ≤ 7 °C) kroz stijenke pločastih kanala 2, toplina iz otpadnog zraka potpuno se prenosi na toplinu koja odgovara jednadžbi toplinske bilance [vidi. Formula 1)]. Smanjenje temperature ispušnog zraka događa se s obilnom kondenzacijom vlage na stijenkama pločastih kanala. Dio kondenzata uspijeva otjecati iz kanala 2 i odvodi se kroz cjevovod 9 u kanalizacijski sustav (ili spremnik). Međutim, većina kondenzata se smrzava na stijenkama kanala 2. To uzrokuje povećanje pada tlaka ∆P y u protoku ispušnog zraka, mjereno senzorom 8.

Kada se ∆R y poveća na konfiguriranu vrijednost, sa senzora 8 putem žičane veze 7 bit će poslana naredba za otvaranje automatskog ventila 6 na cjevovodu za dovod tople vode G w g u cijevi grijača 5 ugrađenog u zračni kanal 4 za dovod uklonjenog ispušnog zraka u pločasti izmjenjivač topline 1. Kada se otvori automatski ventil 6, vruća voda G w g teći će u cijevi grijača 5, što će uzrokovati povećanje temperature uklonjenog zraka t y 1 na 45-60 ° C.

Prilikom prolaska kroz kanale 2 uklonjenog zraka iz visoka temperatura Doći će do brzog odmrzavanja stijenki ledenih kanala i rezultirajući kondenzat će teći kroz cjevovod 9 u kanalizacijski sustav (ili u spremnik za kondenzat).

Nakon odmrzavanja leda, pad tlaka u kanalima 2 će se smanjiti, a senzor 8 će preko priključka 7 poslati naredbu za zatvaranje ventila 6 i prestati dovod tople vode u grijač 5.

Razmotrimo proces povrata topline na I-d dijagramu, prikazanom na sl. 4.

Slika 4. Iscrtavanje na I-d dijagramu načina rada u moskovskoj klimi rekuperacijske jedinice s pločastim izmjenjivačem topline i odmrzavanje pomoću nove metode (prema dijagramu na slici 3). U 1 - U 2 - projektni način oduzimanja topline iz otpadnog zraka; N 1 - N 2 - grijanje s povratom topline dovodnog vanjskog zraka u projektiranom načinu rada; U 1 - U pod 1 - zagrijavanje ispušnog zraka u načinu odmrzavanja lamelarnih kanala za prolaz ispušnog zraka od mraza; U 1. vrijeme - početni parametri uklonjenog zraka nakon prijenosa topline za odmrzavanje leda na stijenkama pločastih kanala; H 1 -H 2 - grijanje dovodnog vanjskog zraka u načinu odmrzavanja pločastog izmjenjivača topline

Procijenimo utjecaj metode odmrzavanja pločastih izmjenjivača topline (prema dijagramu na slici 3) na toplinsku učinkovitost načina povrata topline otpadnog zraka koristeći sljedeći primjer.

PRIMJER 1. Početni uvjeti: U velikoj moskovskoj (t n.h = -26 °C) industrijskoj i administrativnoj zgradi, jedinica za povrat topline (HRU) koja se temelji na rekuperativnom pločastom izmjenjivaču topline (s indikatorom θ t n.h = 0,7) instalirana je u dovodu i sustav ispušne ventilacije). Volumen i parametri ispušnog zraka koji se uklanja tijekom procesa hlađenja su: Lu = 9000 m3/h, tu1 = 24 °S, Iy1 = 40 kJ/kg, tr.u1 = 7 °S, du1 = 6,2 g/kg (vidi konstrukciju na I-d dijagramu na slici 4). Dobavni vanjski protok zraka L p.n = 10 000 m 3 /h. Izmjenjivač topline se odmrzava povremenim povećanjem temperature ispušnog zraka, kao što je prikazano na dijagramu na sl. 3.

Potrebno: Utvrditi toplinsku učinkovitost načina povrata topline pomoću nove metode periodičnog odmrzavanja ploča aparata.

Rješenje: 1. Izračunajte temperaturu dovodnog vanjskog zraka zagrijanog povratnom toplinom u projektiranim uvjetima hladnog razdoblja godine pri tn.x = tn1 = -26 °C:

2. Izračunavamo količinu povratene topline tijekom prvog sata rada rekuperacijske instalacije, kada smrzavanje pločastih kanala nije utjecalo na toplinsku učinkovitost, ali je povećalo aerodinamički otpor u kanalima za prolaz uklonjenog zraka:

3. Nakon sat vremena rada tehničke upravljačke jedinice u izračunatoj zimski uvjeti sloj inja nakupljen na stijenkama kanala, što je uzrokovalo povećanje aerodinamičkog otpora ∆R u. Odredimo moguću količinu leda na stijenkama kanala za prolaz ispušnog zraka kroz pločasti izmjenjivač topline formirane unutar jednog sata. Iz jednadžbe toplinske bilance (1) izračunavamo entalpiju ohlađenog i osušenog odvodnog zraka:

Za primjer koji razmatramo, pomoću formule (2) dobivamo:

Na sl. Na slici 4 prikazana je konstrukcija na I-d dijagramu načina grijanja dovodnog vanjskog zraka (proces H 1 - H 2) s povratom topline otpadnog zraka (proces U 1 - U 2). Crtanjem I-d dijagrama dobili smo preostale parametre ohlađenog i osušenog odvodnog zraka (vidi točku U 2): t u2 = -6,5 °S, d u2 = 2,2 g/kg.

4. Količina kondenzata koji pada iz ispušnog zraka izračunava se pomoću formule:

Pomoću formule (4) izračunavamo količinu hladnoće utrošenu na snižavanje temperature leda: Q = 45 4,2 6,5/3,6 = 341 W h. Sljedeća količina hladnoće utroši se na stvaranje leda:

Ukupna količina energije utrošena na stvaranje leda na razdjelnoj površini pločastih izmjenjivača topline bit će:

6. Iz konstrukcije na I-d dijagramu (sl. 4) jasno je da pri protustrujnom kretanju duž pločastih kanala dovodnog L p.n i odvodnog L zraka struji na ulazu u pločasti izmjenjivač topline najhladniji vanjski zrak. prolazi s druge strane pregradnih stijenki pločastih kanala ohlađenih do negativne temperature ispušni zrak. Upravo u tom dijelu pločastog izmjenjivača topline dolazi do intenzivnog stvaranja leda i inja koji će blokirati kanale za prolaz odvodnog zraka. To će uzrokovati povećanje aerodinamičkog otpora.

U isto vrijeme, upravljački senzor će dati naredbu za otvaranje automatskog ventila za toplu vodu koja ulazi u cijevi izmjenjivača topline, montiranog u kanalu odvodnog zraka prije pločastog izmjenjivača topline, čime će se osigurati zagrijavanje odvodnog zraka na temperaturu t .sub.1 = +50 °C.

Ulaskom vrućeg zraka u kanale ploča osigurano je odmrzavanje smrznutog kondenzata unutar 10 minuta, koji se u tekućem obliku odvodi u kanalizacijski sustav (u spremnik). Za 10 minuta zagrijavanja odvodnog zraka troši se sljedeća količina topline:

ili pomoću formule (5) dobivamo:

7. Toplina dovedena do grijača 5 (slika 3) djelomično se troši na topljenje leda, za što će prema izračunima u stavku 5 biti potrebno Q t.ras = 4,53 kWh topline. Za prijenos topline na dovodni vanjski zrak iz topline potrošene u grijaču 5 za zagrijavanje odvodnog zraka, ostat će toplina:

8. Temperatura zagrijanog odvodnog zraka nakon utroška dijela topline na odmrzavanje izračunava se po formuli:

Za primjer koji razmatramo, pomoću formule (6) dobivamo:

9. Ispušni zrak zagrijan u grijaču 5 (vidi sliku 3) ne samo da će pomoći odmrzavanju leda kondenzata, već će također povećati prijenos topline na dovodni zrak kroz pregradne stijenke pločastih kanala. Izračunajmo temperaturu grijanog dovodnog vanjskog zraka:

10. Količina topline prenesena za zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka tijekom 10 minuta odmrzavanja izračunava se formulom:

Za razmatrani način, pomoću formule (8) dobivamo:

Izračun pokazuje da u razmatranom načinu odleđivanja nema gubitaka topline, budući da se dio topline grijanja iz uklonjenog zraka Q t.u = 12,57 kWh prenosi na dodatno zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L p.n do temperature t n. 2.times = 20 ,8 °C, umjesto t n2 = +9 °C kada se koristi samo toplina odvodnog zraka s temperaturom t u1 = +24 °C (vidi stavak 1).