Una de las fuentes de recursos energéticos secundarios en el edificio es energía térmica aire liberado a la atmósfera. El consumo de energía térmica para calentar el aire entrante es 40 ... 80% del consumo de calor, la mayor parte se puede ahorrar en el caso del uso de los llamados intercambiadores de calor residual.
Existir diferentes tipos intercambiadores de calor de residuos.
Los intercambiadores de calor de placas recuperativas se fabrican en forma de paquete de placas instaladas de forma que forman dos canales adyacentes, uno de los cuales mueve el retirado y el otro el de suministro. aire exterior. en la fabricacion intercambiadores de calor de placas este diseño con gran actuación surgen importantes dificultades tecnológicas a través del aire, por lo tanto, se han desarrollado los diseños de intercambiadores de calor de desechos de carcasa y tubos TKT, que son un haz de tuberías dispuestas en un patrón de tablero de ajedrez y encerradas en una carcasa. El aire eliminado se mueve en el espacio anular, el exterior, dentro de los tubos. Flujo cruzado.
Arroz. Intercambiadores de calor:
a - intercambiador de calor de placas;
b - usuario de TKT;
en - rotando;
g - recuperativo;
1 - cuerpo; 2 - suministro de aire; 3 - rotor; 4 - sector de soplado; 5 - aire de escape; 6 - conducir.
Para proteger contra la formación de hielo, los intercambiadores de calor están equipados con una línea adicional a lo largo del flujo de aire exterior, a través de la cual, a una temperatura de las paredes del haz de tubos por debajo de la temperatura crítica (-20°C), parte del aire exterior frío se pasa por alto.
Plantas de recuperación de calor extraer aire con un refrigerante intermedio se puede utilizar en sistemas mecánicos suministro y ventilación de escape así como en sistemas de aire acondicionado. La unidad consta de un calentador de aire ubicado en los conductos de suministro y escape, conectados por un circuito de circulación cerrado lleno de un portador intermedio. La circulación del refrigerante se realiza mediante bombas. El aire de escape, que se enfría en el calentador de aire del conducto de escape, transfiere calor a un portador de calor intermedio que calienta el aire de suministro. Cuando el aire de escape se enfría por debajo de la temperatura del punto de rocío, el vapor de agua se condensa en una parte de la superficie de intercambio de calor de los calentadores de aire del conducto de escape, lo que genera la posibilidad de formación de hielo a temperaturas iniciales negativas. suministrar aire.
Las unidades de recuperación de calor con un portador de calor intermedio pueden funcionar en un modo que permita la formación de escarcha en la superficie de intercambio de calor del calentador de aire de escape durante el día con el apagado y descongelamiento subsiguientes o, si el apagado de la unidad es inaceptable, utilizando una de las siguientes medidas para proteger el calentador de aire del conducto de escape de la formación de escarcha:
- precalentamiento del aire de suministro a una temperatura positiva;
- creando un bypass para el refrigerante o el aire de suministro;
- aumento del flujo de refrigerante en el circuito de circulación;
- calentamiento del refrigerante intermedio.
La elección del tipo de intercambiador de calor regenerativo se realiza según los parámetros de diseño del aire extraído y de suministro y la liberación de humedad dentro de la habitación. Los intercambiadores de calor regenerativos se pueden instalar en edificios para diversos fines en sistemas mecánicos de suministro y ventilación de escape, calentamiento de aire y aire acondicionado. La instalación de un intercambiador de calor regenerativo debe proporcionar un flujo de aire a contracorriente.
El sistema de ventilación y aire acondicionado con intercambiador de calor regenerativo debe estar equipado con controles y regulación automática, que debe proporcionar modos de funcionamiento con descongelación periódica de escarcha o prevención de la formación de escarcha, así como mantener los parámetros requeridos del aire de suministro. Para evitar la formación de escarcha en el aire de suministro:
- organizar un canal de derivación;
- precalentar el aire de suministro;
- cambiar la frecuencia de rotación de la boquilla del regenerador.
En sistemas con temperaturas iniciales positivas del aire de suministro durante la recuperación de calor, no hay peligro de que se congele el condensado en la superficie del intercambiador de calor en el conducto de escape. En sistemas con temperaturas iniciales negativas del aire de suministro, es necesario aplicar esquemas de reciclaje que brinden protección contra la congelación de la superficie de los calentadores de aire en el conducto de escape.
CONFERENCIA
por disciplina académica "Equipos de transferencia de calor y masa de empresas"
(al plan de estudios 200__)
Lección número 26. Intercambiadores de calor - usuarios. Diseños, principio de funcionamiento.
Desarrollado por: Ph.D., Profesor Asociado Kostyleva E.E.
Discutido en la reunión del departamento.
Núm. de protocolo _____
fechado "_____" ___________2008
Kazán - 2008
Lección número 26. Intercambiadores de calor - usuarios. Diseños, principio de funcionamiento.
Metas de aprendizaje:
1. Estudiar el diseño y el principio de varios intercambiadores de calor residual.
Tipo de clase: conferencia
gasto de tiempo: 2 horas
Ubicación: aud. ________
Literatura:
1. Recursos electrónicos de Internet.
Apoyo educativo y material:
Carteles ilustrativos de material didáctico.
Estructura y horario de la conferencia:
Una de las fuentes de recursos energéticos secundarios en la edificación es la energía térmica del aire expulsado a la atmósfera. El consumo de energía térmica para calentar el aire entrante es 40 ... 80% del consumo de calor, la mayor parte se puede ahorrar en el caso del uso de los llamados intercambiadores de calor residual.
Hay varios tipos de intercambiadores de calor residual.
Los intercambiadores de calor de placas recuperativas se fabrican en forma de un paquete de placas instaladas de tal manera que forman dos canales adyacentes, uno de los cuales mueve el aire extraído y el otro, el aire de suministro. En la fabricación de intercambiadores de calor de placas de este diseño con una gran capacidad de aire, surgen importantes dificultades tecnológicas, por lo tanto, los diseños de intercambiadores de calor de desechos de carcasa y tubos TKT, que son un haz de tuberías dispuestas en un patrón de tablero de ajedrez y encerrado en una carcasa, se han desarrollado. El aire eliminado se mueve en el espacio anular, el exterior, dentro de los tubos. Flujo cruzado.
Arroz. 1 Intercambiadores de calor-utilizadores:
a- utilizador lamelar; b- usuario de TKT; en- giratorio; GRAMO- recuperativo;
1 - cuerpo; 2 - suministro de aire; 3 - rotor; 4 - sector de soplado; 5 - aire de escape; 6 - conducir.
Para proteger contra la formación de hielo, los intercambiadores de calor están equipados con una línea adicional a lo largo del flujo de aire exterior, a través de la cual, a una temperatura de las paredes del haz de tubos por debajo de la temperatura crítica (-20°C), parte del aire exterior frío se pasa por alto.
Las unidades de recuperación de calor del aire de extracción con un portador de calor intermedio se pueden utilizar en sistemas mecánicos de suministro y ventilación de escape, así como en sistemas de aire acondicionado. La unidad consta de un calentador de aire ubicado en los conductos de suministro y escape, conectados por un circuito de circulación cerrado lleno de un portador intermedio. La circulación del refrigerante se realiza mediante bombas. El aire de escape, que se enfría en el calentador de aire del conducto de escape, transfiere calor a un portador de calor intermedio que calienta el aire de suministro. Cuando el aire de escape se enfría por debajo de la temperatura puntos de rocío el vapor de agua se condensa en una parte de la superficie de intercambio de calor de los calentadores de aire del conducto de escape, lo que conduce a la posibilidad de formación de hielo a temperaturas iniciales negativas del aire de suministro.
Las unidades de recuperación de calor con un portador de calor intermedio pueden funcionar en un modo que permita la formación de escarcha en la superficie de intercambio de calor del calentador de aire de escape durante el día con el apagado y descongelamiento subsiguientes o, si el apagado de la unidad es inaceptable, utilizando una de las siguientes medidas para proteger el calentador de aire del conducto de escape de la formación de escarcha:
- precalentamiento del aire de suministro a una temperatura positiva;
- creando un bypass para el refrigerante o el aire de suministro;
- aumento del flujo de refrigerante en el circuito de circulación;
- calentamiento del refrigerante intermedio.
La elección del tipo de intercambiador de calor regenerativo se realiza según los parámetros de diseño del aire extraído y de suministro y la liberación de humedad dentro de la habitación. Los intercambiadores de calor regenerativos se pueden instalar en edificios para diversos fines en sistemas de suministro mecánico y ventilación de escape, calefacción de aire y aire acondicionado. La instalación de un intercambiador de calor regenerativo debe proporcionar un flujo de aire a contracorriente.
El sistema de ventilación y aire acondicionado con intercambiador de calor regenerativo debe estar equipado con medios de control y control automático, que deben proporcionar modos de funcionamiento con descongelación periódica o prevención de la formación de escarcha, así como mantener los parámetros de aire de suministro requeridos. Para evitar la formación de escarcha en el aire de suministro:
- organizar un canal de derivación;
- precalentar el aire de suministro;
- cambiar la frecuencia de rotación de la boquilla del regenerador.
En sistemas con temperaturas iniciales positivas del aire de suministro durante la recuperación de calor, no hay peligro de que se congele el condensado en la superficie del intercambiador de calor en el conducto de escape. En sistemas con temperaturas iniciales negativas del aire de suministro, es necesario aplicar esquemas de reciclaje que brinden protección contra la congelación de la superficie de los calentadores de aire en el conducto de escape.
| 2. FUNCIONAMIENTO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR - UTILIZADOR EN SISTEMAS DE VENTILACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO |
Los intercambiadores de calor residual se pueden utilizar en sistemas de ventilación y aire acondicionado para recuperar el calor del aire extraído de la habitación.
Los flujos de aire de suministro y escape se alimentan a través de los tubos de entrada correspondientes a los canales de flujo cruzado de la unidad de intercambio de calor, realizada, por ejemplo, en forma de un paquete de placas de aluminio. Cuando los flujos se mueven a través de los canales, el calor se transfiere a través de las paredes desde el aire de escape más caliente al aire de suministro más frío. Estas corrientes luego se eliminan del intercambiador de calor a través de salidas apropiadas.
A medida que pasa por el intercambiador de calor, la temperatura del aire de suministro disminuye. A bajas temperaturas del aire exterior, puede alcanzar la temperatura del punto de rocío, lo que conduce a la pérdida de gotas de humedad (condensado) en las superficies que limitan los canales del intercambiador de calor. A una temperatura negativa de estas superficies, el condensado se convierte en escarcha o hielo, lo que naturalmente interrumpe el funcionamiento del intercambiador de calor. Para evitar la formación de escarcha o hielo o su eliminación durante el funcionamiento de este intercambiador de calor, la temperatura en el rincón más frío del intercambiador de calor o (como opción) la diferencia de presión en el conducto de aire de escape antes y después del intercambiador de calor es Medido. Cuando se alcanza el límite, valor predeterminado por el parámetro medido, la unidad de intercambio de calor gira 180 "alrededor de su eje central. Esto asegura una reducción en la resistencia aerodinámica, el tiempo dedicado a prevenir la formación de escarcha o eliminarla, y el uso de todo el calor. superficie de intercambio.
La tarea es reducir la resistencia aerodinámica al flujo de aire de suministro, utilizar toda la superficie del intercambiador de calor para el proceso de intercambio de calor durante el proceso de prevención de la formación de escarcha o eliminarlo, así como reducir el tiempo dedicado a realizar este proceso.
El logro de este resultado técnico se ve facilitado por el hecho de que el parámetro por el cual se juzga la posibilidad de formación o la presencia de escarcha en la superficie de la zona fría del intercambiador de calor es la temperatura de su superficie en la esquina más fría, o la diferencia de presión en el canal de aire de escape antes y después de la unidad de intercambio de calor.
La prevención de la formación de escarcha calentando la superficie con el aire de escape suministrado a los canales desde su lado de salida girando el intercambiador de calor en un ángulo de 180 ° (cuando el parámetro medido alcanza el valor límite) proporciona una constante resistencia aerodinámica flujo de aire de suministro, así como el uso para el intercambio de calor de toda la superficie del intercambiador de calor durante todo el tiempo de su operación.
El uso de un intercambiador de calor residual proporciona ahorros notables fondos para la calefacción de espacios y reduce las pérdidas de calor que inevitablemente existen durante la ventilación y el aire acondicionado. Y debido a un enfoque fundamentalmente nuevo para prevenir la formación de condensado con la subsiguiente aparición de escarcha o hielo, su eliminación completa aumenta significativamente la eficiencia de este intercambiador de calor, lo que lo distingue favorablemente de otros medios de recuperación de calor del aire de extracción.
| 3. INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBOS ACABADOS |
Parte 1. Dispositivos de recuperación de calor.
Aprovechamiento del calor residual gases de combustión
hornos tecnológicos.
Los hornos de proceso son los mayores consumidores de energía en las plantas petroquímicas y de refinación de petróleo, en la metalurgia, así como en muchas otras industrias. En las refinerías, queman entre el 3% y el 4% de todo el petróleo procesado.
La temperatura media de los gases de combustión a la salida del horno, por regla general, supera los 400 °C. La cantidad de calor que se lleva con los gases de combustión es del 25 al 30% del calor total liberado durante la combustión del combustible. Por tanto, el aprovechamiento del calor de los gases de combustión de los hornos de proceso adquiere exclusivamente gran importancia.
A temperaturas de los gases de combustión superiores a 500 °C, se deben utilizar calderas de calor residual - KU.
A una temperatura de los gases de combustión inferior a 500 °C, se recomienda utilizar calentadores de aire - VP.
más grande efecto economico se logra en presencia de una unidad de dos unidades que consta de un CHP y un VP (los gases se enfrían en la CHU a 400 °C y entran en el calentador de aire para un mayor enfriamiento); se usa más a menudo en empresas petroquímicas cuando alta temperatura gases de combustión
Calderas de residuos.
A El calor de los gases de combustión KU se utiliza para producir vapor de agua. La eficiencia del horno aumenta en 10 - 15.
Las calderas de calor residual se pueden construir en la cámara de convección del horno o de forma remota.
Calderas remotas Los recicladores se dividen en dos tipos:
1) calderas tipo tubo de gas;
2) calderas de tipo discontinuo-convectivo.
La elección del tipo requerido se realiza en función de la presión requerida del vapor resultante. Los primeros se utilizan en la producción de vapor relativamente baja presión- 14 - 16 atm., el segundo - para generar vapor con una presión de hasta 40 atm. (sin embargo, están diseñados para una temperatura inicial de los gases de combustión de unos 850 °C).
La presión del vapor generado debe seleccionarse teniendo en cuenta si todo el vapor se consume en la propia planta o si hay un exceso que debe ser enviado a la red general de la planta. En este último caso, la presión de vapor en el tambor de la caldera debe tomarse de acuerdo con la presión de vapor en la red general de la planta para descargar el exceso de vapor a la red y evitar estrangulamientos antieconómicos en su salida a la red de baja presión.
Las calderas de calor residual del tipo de tubos de gas son estructuralmente similares a los intercambiadores de calor "tubo en tubo". Los gases de combustión pasan por tubo interior, y se produce vapor de agua en el espacio anular. Varios de estos dispositivos están ubicados en paralelo.
Las calderas de calor residual del tipo de convección discontinua tienen más de Estructura compleja. diagrama de circuito el funcionamiento de este tipo de CU se muestra en la fig. 5.4.
Usado aquí circulación natural agua y presenta la configuración más completa de cogeneración con economizador y sobrecalentador.
Diagrama esquemático del funcionamiento de la caldera de calor residual.
tipo de paquete convectivo
El agua químicamente purificada (CPW) ingresa a la columna del desaireador para eliminar los gases disueltos en ella (principalmente oxígeno y dióxido de carbono). El agua fluye por las placas y fluye a contracorriente hacia ella. un gran número de vapor de agua. El agua se calienta con vapor a 97 - 99 °C y, debido a la disminución de la solubilidad de los gases con el aumento de la temperatura, la mayoría de ellos se liberan y descargan desde la parte superior del desaireador a la atmósfera. El vapor, cediendo su calor al agua, se condensa. El agua desaireada del fondo de la columna es tomada por la bomba y bombeada presión requerida. El agua pasa a través del serpentín del economizador, en el que se calienta casi hasta el punto de ebullición del agua a una presión dada, y entra al tambor (separador de vapor). El agua en el separador de vapor tiene una temperatura igual al punto de ebullición del agua a una presión dada. Por los serpentines de generación de vapor circula agua por diferencia de densidad (circulación natural). En estos serpentines parte del agua se evapora y la mezcla líquido-vapor vuelve al tambor. El vapor de agua saturado se separa de la fase líquida y se descarga desde la parte superior del tambor hacia el serpentín del sobrecalentador. En el sobrecalentador, el vapor saturado se sobrecalienta a la temperatura deseada y se descarga al consumidor. Parte del vapor resultante se utiliza para desairear el agua de alimentación.
La confiabilidad y eficiencia de la operación de CU depende en gran medida de organización adecuada régimen hídrico. En caso de operación incorrecta, se forma intensamente incrustaciones, se produce corrosión de las superficies de calentamiento, se produce contaminación por vapor.
La escala es un depósito denso que se forma cuando el agua se calienta y se evapora. El agua contiene bicarbonatos, sulfatos y otras sales de calcio y magnesio (sales de dureza) que, al calentarse, se convierten en bicarbonatos y precipitan. La escala, que tiene varios órdenes de magnitud de conductividad térmica más baja que el metal, conduce a una disminución en el coeficiente de transferencia de calor. Debido a esto, se reduce la potencia del flujo de calor a través de la superficie de intercambio de calor y, por supuesto, se reduce la eficiencia de la operación KU (se reduce la cantidad de vapor generado). La temperatura de los humos extraídos de la caldera aumenta. Además, se produce un sobrecalentamiento de las bobinas y se dañan debido a una disminución de capacidad de carga convertirse en.
Para evitar la formación de incrustaciones, se utiliza agua pretratada como agua de alimentación (se puede tomar en centrales térmicas). Además, se realizan purgas continuas y periódicas del sistema (eliminación de parte del agua). La purga evita el aumento de la concentración de sal en el sistema (el agua se evapora constantemente, pero las sales que contiene no lo hacen, por lo que la concentración de sal aumenta). La purga continua de la caldera suele ser del 3 al 5 % y depende de la calidad del agua de alimentación (no debe superar el 10 %, ya que la pérdida de calor está asociada a la purga). Durante el funcionamiento de la CU alta presión trabajando con circulacion forzada agua, aplicar adicionalmente fosfatado intracaldera. Al mismo tiempo, los cationes de calcio y magnesio, que forman parte de los sulfatos que forman incrustaciones, se unen a los aniones fosfato, formando compuestos poco solubles en agua y precipitan en el espesor del volumen de agua de la caldera, en forma de lodos que se pueden eliminar fácilmente al soplar.
disuelto en agua de alimentación oxígeno y dióxido de carbono causar corrosión de las paredes internas de la caldera, y la tasa de corrosión aumenta con el aumento de la presión y la temperatura. La desaireación térmica se utiliza para eliminar los gases del agua. Asimismo, una medida de protección contra la corrosión es mantener una velocidad en las tuberías a la que no se puedan retener burbujas de aire en su superficie (por encima de 0,3 m/s).
En relación con el aumento de la resistencia hidráulica de la vía del gas y la disminución de la fuerza de tiro natural, se hace necesario instalar un extractor de humos (tiro artificial). En este caso, la temperatura de los humos no debe superar los 250 °C para evitar la destrucción de este aparato. Pero cuanto más baja es la temperatura de los humos, más potente es necesario tener un extractor de humos (aumenta el consumo de electricidad).
El período de recuperación de CU por lo general no excede un año.
Calentadores de aire. Se utilizan para calentar el aire suministrado al horno para la combustión de combustible. El calentamiento del aire permite reducir el consumo de combustible en el horno (la eficiencia aumenta en un 10 - 15%).
La temperatura del aire después del calentador de aire puede alcanzar los 300 - 350 °C. Esto ayuda a mejorar el proceso de combustión, aumenta la integridad de la combustión del combustible, lo cual es una ventaja muy importante cuando se utilizan combustibles líquidos de alta viscosidad.
Además, las ventajas de los calentadores de aire en comparación con CHP son la simplicidad de su diseño, la seguridad de operación, la no necesidad de instalar equipos adicionales (desaireadores, bombas, intercambiadores de calor, etc.). Sin embargo, los calentadores de aire, con la proporción actual de precios de combustible y vapor de agua, resultan menos económicos que la cogeneración (nuestro precio del vapor es muy alto: 6 veces más alto por 1 GJ). Por lo tanto, es necesario elegir un método para utilizar el calor de los gases de combustión, basado en situación específica en una determinada planta, planta, etc.
Se utilizan dos tipos de calentadores de aire: 1) recuperativo(transferencia de calor a través de la pared); 2) regenerador(almacenamiento de calor).
Parte 2. Utilización del calor de las emisiones de ventilación
Se consume una gran cantidad de calor para calentar y ventilar edificios y estructuras industriales y municipales. Para ciertas industrias (principalmente industria de la luz) estos costos alcanzan el 70 - 80% o más de la demanda total de calor. En la mayoría de las empresas y organizaciones, no se utiliza el calor del aire extraído de los sistemas de ventilación y aire acondicionado.
En general, la ventilación se usa mucho. Los sistemas de ventilación se construyen en apartamentos, Instituciones públicas(escuelas, hospitales, clubes deportivos, piscinas, restaurantes), locales industriales etc. Se pueden usar diferentes tipos para diferentes propósitos. sistema de ventilación. Por lo general, si el volumen de aire que debe reemplazarse en la habitación por unidad de tiempo (m 3 / h) es pequeño, entonces ventilación natural. Dichos sistemas se implementan en todos los apartamentos y en la mayoría de las instituciones y organizaciones públicas. En este caso, se utiliza el fenómeno de la convección: el aire caliente (tiene una densidad reducida) sale a través orificios de ventilación y se descarga a la atmósfera, y en su lugar, por filtraciones en ventanas, puertas, etc., frío fresco (más alta densidad) aire de la calle. En este caso, las pérdidas de calor son inevitables, ya que es necesario calentar el aire frío que ingresa a la habitación. gasto adicional refrigerante Por lo tanto, el uso de incluso las estructuras y materiales de aislamiento térmico más modernos en la construcción no puede eliminar por completo pérdida de calor. En nuestros apartamentos, el 25 - 30% de las pérdidas de calor están asociadas con el funcionamiento de la ventilación, en todos los demás casos este valor es mucho mayor.
Sistemas de ventilación forzada (artificial) se utilizan cuando se requiere un intercambio intensivo de grandes volúmenes de aire, lo que generalmente se asocia con la prevención de un aumento en la concentración sustancias peligrosas(nocivo, tóxico, inflamable y explosivo, que tiene mal olor) en habitación. La ventilación forzada se implanta en naves industriales, almacenes, almacenes de productos agrícolas, etc.
Son usados sistemas ventilación forzada tres tipos:
sistema de suministros consta de un soplador que sopla aire fresco en la habitación, un conducto de suministro de aire y un sistema para la distribución uniforme del aire en el volumen de la habitación. El exceso de volumen de aire se desplaza a través de fugas en ventanas, puertas, etc.
Sistema de escape consiste en un ventilador que bombea aire de la habitación a la atmósfera, un conducto de escape y un sistema para eliminar uniformemente el aire del volumen de la habitación. El aire fresco en este caso se aspira a la habitación a través de varias fugas o sistemas de suministro especiales.
Sistemas combinados son sistemas combinados de ventilación de suministro y extracción. Se utilizan, por regla general, cuando se requiere un intercambio de aire muy intenso en habitaciones grandes; mientras que el consumo de calor para calefacción aire fresco máximo.
El uso de sistemas de ventilación natural y sistemas individuales escape y suministro de ventilación no permite que el calor del aire de salida se utilice para calentar el aire fresco que entra en la habitación. Mientras opera sistemas combinados es posible utilizar el calor de las emisiones de ventilación para calentar parcialmente el aire de suministro y reducir el consumo de energía térmica. Dependiendo de la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior, el consumo de calor para calentar aire fresco puede reducirse entre un 40 y un 60 %. El calentamiento se puede realizar en intercambiadores de calor regenerativos y recuperativos. Son preferibles los primeros, ya que tienen menores dimensiones, consumo de metal y resistencia hidráulica, tienen mayor eficiencia y larga vida útil (20 - 25 años).
Los conductos de aire están conectados a intercambiadores de calor, y el calor se transfiere directamente de aire a aire a través de una pared de separación o boquilla de acumulación. Pero en algunos casos existe la necesidad de separar los conductos de aire de suministro y escape en una distancia considerable. En este caso, se puede implementar un esquema de intercambio de calor con un refrigerante circulante intermedio. En la fig. 5.5.
Esquema de intercambio de calor con un refrigerante circulante intermedio:
1 - conducto de aire de escape; 2 - conducto de aire de suministro; 3.4 - acanalado
bobinas tubulares; 5 - tuberías de circulación de refrigerante intermedio
(como refrigerante intermedio en tales sistemas, concentrado soluciones acuosas sales - salmueras); 6 - bomba; 7 - bobina para
calefacción adicional aire fresco con vapor de agua o agua caliente
El sistema funciona de la siguiente manera. Aire caliente(+ 25 °C) se elimina de la habitación a través del conducto de escape 1 a través de la cámara en la que está instalada la batería con aletas 3 . El aire lava la superficie exterior del serpentín y transfiere calor al portador de calor intermedio frío (salmuera) que fluye dentro del serpentín. El aire se enfría a 0 °C y se libera a la atmósfera, y la salmuera se calienta a 15 °C a través de tuberías de circulación. 5 entra en la cámara de calentamiento de aire fresco en el conducto de aire de suministro 2 . Aquí refrigerante intermedio cede calor al aire fresco, calentándolo de -20 °С a + 5 °С. El portador de calor intermedio en sí se enfría de + 15 °С a - 10 °С. La salmuera enfriada ingresa a la entrada de la bomba y regresa al sistema para su recirculación.
El aire de suministro fresco, calentado hasta + 5 °C, puede introducirse inmediatamente en la habitación y calentarse a la temperatura requerida (+ 25 °C) usando radiadores de calefacción convencionales, o puede calentarse directamente en el sistema de ventilación. Para ello, se instala un tramo adicional en el conducto de aire de impulsión, en el que se coloca una batería de aletas. Un portador de calor caliente fluye dentro de los tubos (agua de calentamiento o vapor de agua), y el aire lava la superficie exterior de la bobina y se calienta hasta + 25 ° C, después de lo cual se distribuye aire fresco caliente en el volumen de la habitación.
El uso de este método tiene una serie de ventajas. En primer lugar, debido a la alta velocidad del aire en la sección de calefacción, el coeficiente de transferencia de calor aumenta significativamente (varias veces) en comparación con los radiadores de calefacción convencionales. Esto lleva a una reducción significativa en el consumo total de metal del sistema de calefacción - una disminución costos de capital. En segundo lugar, la habitación no está llena de radiadores de calefacción. En tercer lugar, se logra una distribución uniforme de las temperaturas del aire en el volumen de la habitación. Y cuando se usan radiadores de calefacción en habitaciones grandes, es difícil garantizar un calentamiento uniforme del aire. En áreas locales, el aire puede tener una temperatura significativamente más alta o más baja de lo normal.
El único inconveniente es que la resistencia hidráulica de la vía de aire y el consumo de energía para el accionamiento del ventilador de suministro aumentan ligeramente. Pero las ventajas son tan importantes y evidentes que en la gran mayoría de los casos se puede recomendar el precalentamiento del aire directamente en el sistema de ventilación.
Para garantizar la posibilidad de recuperación de calor en el caso de utilizar sistemas de ventilación de suministro o extracción por separado, es necesario organizar una salida de aire centralizada o suministro de aire, respectivamente, a través de conductos de aire especialmente montados. En este caso, es necesario eliminar todas las grietas y fugas para excluir el soplado incontrolado o la fuga de aire.
Los sistemas de intercambio de calor entre el aire extraído de la habitación y el aire fresco se pueden usar no solo para calentar el aire de suministro en la estación fría, sino también para enfriarlo en el verano si la habitación (oficina) está equipada con acondicionadores de aire. El enfriamiento a temperaturas por debajo de la temperatura ambiente siempre se asocia con Altos precios energía (electricidad). Por lo tanto, para reducir el consumo de energía para el mantenimiento temperatura confortable en el interior durante la temporada de calor puede haber aire fresco preenfriado, aire frío agotado.
WER Térmico.
Los WER térmicos incluyen el calor físico de los gases residuales de las plantas de calderas y hornos industriales, productos principales o intermedios, otros residuos de la producción principal, así como el calor de los fluidos de trabajo, vapor y agua caliente que hayan sido utilizados en unidades tecnológicas y de potencia. Los intercambiadores de calor, las calderas de calor residual o los agentes de calor se utilizan para utilizar los SER térmicos. La recuperación de calor de las corrientes de proceso de desecho en los intercambiadores de calor puede pasar a través de la superficie que los separa o por contacto directo. Los SER térmicos pueden presentarse en forma de flujos de calor concentrados o en forma de calor disipado en ambiente. En la industria, los flujos concentrados representan el 41% y el calor disipado el 59%. Las corrientes concentradas incluyen el calor de los gases de combustión de hornos y calderas, Aguas residuales instalaciones tecnologicas y vivienda y sector comunal. Los WER térmicos se dividen en alta temperatura (con una temperatura del portador superior a 500 °C), temperatura media (a temperaturas de 150 a 500 °C) y baja temperatura (a temperaturas inferiores a 150 °C). Cuando se utilizan instalaciones, sistemas, dispositivos de baja potencia, los flujos de calor que se sustraen de ellos son pequeños y dispersos en el espacio, lo que dificulta su aprovechamiento por baja rentabilidad.
En este artículo, proponemos considerar un ejemplo del uso de modernas unidades de recuperación de calor (recuperadores) en unidades de ventilación, en particular rotativas.
Los principales tipos de intercambiadores de calor rotativos (recuperadores) utilizados en unidades de ventilación:a) rotor de condensación - utiliza principalmente calor sensible. La transferencia de humedad ocurre cuando el aire de escape se enfría en el rotor a una temperatura por debajo del "punto de rocío".
b) rotor de entalpía: tiene un revestimiento de lámina higroscópica que promueve la transferencia de humedad. Por lo tanto, se utiliza el calor total.
Considere un sistema de ventilación en el que funcionarán ambos tipos de intercambiador de calor (recuperador).
Supongamos que el objeto de cálculo es un grupo de locales en un determinado edificio, por ejemplo, en Sochi o Bakú, calcularemos solo para el período cálido:
Parámetros del aire exterior:
temperatura del aire exterior durante el período cálido, con una seguridad de 0,98 - 32 °C;
entalpía del aire exterior durante el período cálido del año - 69 kJ/kg;
Parámetros del aire interior:
temperatura del aire interior - 21°С;
humedad relativa del aire interior - 40-60%.
El consumo de aire necesario para la asimilación de peligros en este grupo de locales es de 35.000 m³/h. Haz de proceso de la sala: 6800 kJ/kg.
Esquema de distribución de aire en las instalaciones: distribuidores de aire de baja velocidad "de abajo hacia arriba". En este sentido (no aplicaremos el cálculo, porque es voluminoso y va más allá del alcance del artículo, tenemos todo lo que necesitamos), los parámetros del aire de suministro y escape son los siguientes:
1. Suministro:
temperatura - 20°С;
humedad relativa - 42%.
2. Eliminado:
temperatura - 25°C;
humedad relativa - 37%
Construyamos un proceso sobre diagrama id(Figura 1).
Primero, designemos un punto con los parámetros del aire interno (B), luego dibujemos un rayo de proceso a través de él (tenga en cuenta que para este diseño gráficos, punto de partida los parámetros del haz son t=0°C, d=0 g/kg, y la dirección está indicada por el valor calculado (6800 kJ/kg) indicado en el borde, luego el haz resultante se transfiere a los parámetros del aire interior, manteniendo el ángulo de inclinación).
Ahora, conociendo las temperaturas del aire de suministro y escape, determinamos sus puntos encontrando las intersecciones de las isotermas con el haz de proceso, respectivamente. Construimos el proceso desde el reverso, para obtener los parámetros especificados del aire de suministro, bajamos el segmento (calentamiento) a lo largo de la línea de contenido de humedad constante a la curva humedad relativaφ=95% (segmento P-P1).
Seleccionamos un rotor de condensación que utiliza el calor del aire de escape para calentar P-P1. Obtenemos el coeficiente acción útil(calculado por temperatura) del rotor es de alrededor del 78% y calculamos la temperatura del aire de escape U1. Ahora, seleccionemos un rotor de entalpía que trabaje para enfriar el aire exterior (H) con los parámetros obtenidos U1.
Obtenemos, la eficiencia (calculada por entalpía) es de aproximadamente 81%, los parámetros del aire tratado en la entrada H1 y en el escape U2. Conociendo los parámetros H1 y P1, puede elegir un enfriador de aire con una capacidad de 332,500 vatios.
Representemos esquemáticamente la unidad de ventilación con recuperadores (Fig. 2).
Ahora, para comparar, seleccionemos otro sistema, para los mismos parámetros, pero con una configuración diferente, a saber: instalamos un rotor de condensación.
Ahora (Fig. 3) P-P1 se calienta con un calentador de aire eléctrico, y el rotor de condensación proporcionará lo siguiente: la eficiencia es de alrededor del 83 %, la temperatura del aire de suministro tratado (H1) es de 26 °C. Seleccionaremos un enfriador de aire para la potencia requerida de 478 340 W.
Cabe señalar que el sistema 1 requiere menos potencia de enfriamiento y, además de esto, no se requieren costos de energía adicionales (en este caso- corriente alterna) para el segundo calentamiento del aire. Hagamos una tabla comparativa:
| Artículos comparables | Sistema 1 (con dos intercambiadores de calor) | Sistema 2 (con un intercambiador de calor) | Diferencia |
| Consumo del motor del rotor | 320+320W | 320W | 320W |
| Capacidad frigorífica necesaria | 332 500 W | 478 340 W | 145 840 W |
| Consumo de energía para la segunda calefacción. | 0 vatios | 151 670 W | 151 670 W |
| Consumo de energía de los motores de los ventiladores | 11+11 kilovatios | 11+11 kilovatios | 0 |
resumiendo
Vemos claramente las diferencias en el funcionamiento de los rotores de condensación y entalpía, el ahorro de energía asociado a esto. Sin embargo, vale la pena señalar que el principio del sistema 1 solo se puede organizar para ciudades cálidas del sur, porque durante la recuperación de calor durante el período frío, el rendimiento del rotor de entalpía no difiere mucho del de condensación.
Producción de unidades de ventilación con intercambiadores de calor rotativos
La empresa "Airkat Klimatekhnik" ha estado desarrollando, diseñando, fabricando e instalando con éxito unidades de tratamiento de aire con intercambiadores de calor rotativos. Ofrecemos moderno y no estándar soluciones tecnicas, que funcionan incluso bajo el algoritmo de operación más complejo y en condiciones extremas.
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El propósito principal de la ventilación de escape es eliminar el aire de escape de las instalaciones atendidas. La ventilación por extracción, por regla general, funciona junto con el aire de suministro, que, a su vez, es responsable de suministrar aire limpio.
Para que la habitación tenga un microclima favorable y saludable, es necesario elaborar un diseño competente del sistema de intercambio de aire, realizar el cálculo apropiado e instalar las unidades necesarias de acuerdo con todas las reglas. Al planificar, debe recordar que la condición de todo el edificio y la salud de las personas que se encuentran en él dependen de ello.
Los errores más pequeños conducen al hecho de que la ventilación deja de cumplir con su función como debería, aparecen hongos en las habitaciones, la decoración y los materiales de construcción se destruyen y las personas comienzan a enfermarse. Por lo tanto, la importancia calculo correcto La ventilación nunca debe subestimarse.
Los principales parámetros de la ventilación por extracción.
Dependiendo de las funciones que realice el sistema de ventilación, instalaciones existentes tomado para ser dividido en:
- Escape. Requerido para la entrada de aire de escape y su eliminación de la habitación.
- Suministro. Proporcionar suministro de aire fresco y limpio desde la calle.
- Suministro y escape. Al mismo tiempo, se elimina el aire viciado y se introduce aire nuevo en la habitación.
Las unidades de escape se utilizan principalmente en producción, oficinas, almacenes y otros locales similares. La desventaja de la ventilación por extracción es que sin un dispositivo simultáneo sistema de suministros funcionará muy mal.
Si sale más aire de la habitación del que entra, se forman corrientes de aire. Es por eso sistema de suministro y escape es el más eficiente. Proporciona el máximo condiciones confortables tanto en locales residenciales, como en locales de tipo industrial y laboral.
Los sistemas modernos están equipados con varios dispositivos adicionales, que purifican el aire, lo calientan o lo enfrían, lo humedecen y lo distribuyen uniformemente por todo el local. El aire viejo es expulsado a través de la campana sin ninguna dificultad.
Antes de continuar con la disposición del sistema de ventilación, debe abordar seriamente el proceso de su cálculo. El cálculo directo de la ventilación tiene como objetivo determinar los parámetros principales de los componentes principales del sistema. Sólo determinando el más características adecuadas, puede hacer tal ventilación que cumplirá completamente con todas las tareas que se le asignen.
Durante el cálculo de la ventilación, parámetros tales como:
- Consumo.
- Presión operacional.
- Potencia del calentador.
- Área de sección transversal de los conductos de aire.
Si lo desea, puede calcular adicionalmente el consumo de energía para la operación y mantenimiento del sistema.
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Instrucciones paso a paso para determinar el rendimiento del sistema
El cálculo de la ventilación comienza con la determinación de su parámetro principal: el rendimiento. La unidad dimensional de rendimiento de la ventilación es m³/h. Para que el cálculo del flujo de aire se realice correctamente, debe conocer la siguiente información:
- La altura del local y su superficie.
- El propósito principal de cada habitación.
- El número promedio de personas que estarán en la habitación al mismo tiempo.
Para hacer el cálculo, necesitará los siguientes dispositivos:
- Ruleta para las medidas.
- Papel y lápiz para notas.
- Calculadora para cálculos.
Para realizar el cálculo, debe conocer un parámetro como la frecuencia de intercambio de aire por unidad de tiempo. SNiP establece este valor de acuerdo con el tipo de local. Para locales residenciales, industriales y administrativos, el parámetro variará. También debe tener en cuenta cosas como el número aparatos de calefacción y su poder, el número medio de personas.
Para locales domésticos, la tasa de intercambio de aire utilizada en el proceso de cálculo es 1. Al calcular la ventilación para locales administrativos, use el valor de intercambio de aire igual a 2-3, dependiendo de condiciones específicas. Directamente, la frecuencia de renovación del aire indica que, por ejemplo, en una habitación doméstica, el aire se renovará por completo 1 vez en 1 hora, lo que es más que suficiente en la mayoría de los casos.
El cálculo del rendimiento requiere la disponibilidad de datos como la cantidad de intercambio de aire por frecuencia y número de personas. Será necesario tomar el valor más grande y, a partir de él, seleccionar la potencia de ventilación de extracción adecuada. El cálculo de la tasa de intercambio de aire se realiza mediante una fórmula simple. Basta con multiplicar el área de la habitación por la altura del techo y el valor de la multiplicidad (1 para el hogar, 2 para administrativo, etc.).
Para calcular el intercambio de aire por el número de personas, la cantidad de aire consumida por 1 persona se multiplica por el número de personas en la habitación. En cuanto al volumen de aire consumido, en promedio, como mínimo actividad física 1 persona consume 20 m³/h, con actividad media esta cifra sube a 40 m³/h, y con actividad alta ya es de 60 m³/h.
Para que quede más claro, podemos dar un ejemplo de cálculo para un dormitorio común con un área de 14 m². Hay 2 personas en el dormitorio. El techo tiene una altura de 2,5 m Condiciones bastante estándar para un apartamento urbano simple. En el primer caso, el cálculo mostrará que el intercambio de aire es de 14x2,5x1=35 m³/h. Al realizar el cálculo según el segundo esquema, verás que ya es igual a 2x20 = 40 m³/h. Es necesario, como ya se ha señalado, tomar mayor valor. Por tanto, concretamente en este ejemplo El cálculo se hará en función del número de personas.
Las mismas fórmulas se utilizan para calcular el consumo de oxígeno para todas las demás habitaciones. En conclusión, queda por sumar todos los valores, obtener el rendimiento general y elegir equipo de ventilación en base a estos datos.
Los valores estándar para el rendimiento de los sistemas de ventilación son:
- De 100 a 500 m³/h para apartamentos residenciales ordinarios.
- De 1000 a 2000 m³/h para casas particulares.
- De 1000 a 10000 m³/h para nave industrial.
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Determinación de la potencia del calentador
Para que el cálculo del sistema de ventilación se realice de acuerdo con todas las reglas, es necesario tener en cuenta la potencia del calentador de aire. Esto se hace si, en combinación con la ventilación de escape, se organiza la ventilación de suministro. Se instala un calentador para que el aire que viene de la calle se caliente y entre a la habitación ya tibio. Imprescindible en climas fríos.
El cálculo de la potencia del calentador de aire se determina teniendo en cuenta valores como el flujo de aire, temperatura requerida temperatura mínima del aire de salida y de entrada. Los últimos 2 valores están aprobados en SNiP. De acuerdo a esto documento normativo, la temperatura del aire en la salida del calentador debe ser de al menos 18°. Temperatura mínima aire exterior debe especificarse según la región de residencia.
Los sistemas de ventilación modernos incluyen reguladores de rendimiento. Dichos dispositivos están diseñados específicamente para que pueda reducir la tasa de circulación de aire. En climas fríos, esto reducirá la cantidad de energía consumida por el calentador de aire.
Para determinar la temperatura a la que el dispositivo puede calentar el aire, se utiliza una fórmula simple. Según ella, debe tomar el valor de la potencia de la unidad, dividirlo por el flujo de aire y luego multiplicar el valor resultante por 2.98.
Por ejemplo, si el flujo de aire en la instalación es de 200 m³/h, y el calentador tiene una potencia de 3 kW, al sustituir estos valores en la fórmula anterior, obtendrá que el dispositivo calentará el aire. por un máximo de 44 °. Es decir, si en horario de invierno será -20° afuera, entonces el calentador de aire seleccionado podrá calentar oxígeno hasta 44-20=24°.
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Presión de funcionamiento y sección transversal del conducto
El cálculo de la ventilación implica la determinación obligatoria de parámetros tales como presión operacional y sección de conductos de aire. Un sistema eficiente y completo incluye distribuidores de aire, conductos de aire y productos en forma. Al determinar la presión de trabajo, se deben tener en cuenta los siguientes indicadores:
- La forma tubos de ventilación y su sección.
- Configuración de ventiladores.
- El número de transiciones.
Cálculo diámetro adecuado se puede hacer usando las siguientes relaciones:
- Para un edificio residencial, una tubería con un área de sección transversal de 5,4 cm² será suficiente para 1 m de espacio.
- Para garajes privados: una tubería con una sección transversal de 17,6 cm² por 1 m² de área.
Un parámetro como la velocidad del flujo de aire está directamente relacionado con la sección transversal de la tubería: en la mayoría de los casos, la velocidad se selecciona en el rango de 2,4-4,2 m / s.
Por lo tanto, al calcular la ventilación, ya sea un sistema de escape, suministro o suministro y escape, se deben tener en cuenta una serie de parámetros importantes. La eficiencia de todo el sistema depende de la corrección de esta etapa, así que tenga cuidado y paciencia. Si lo desea, puede determinar adicionalmente el consumo de energía para el funcionamiento del sistema que se está organizando.
