Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет»

Теплообменники - утилизаторы теплоты вентиляционных систем

Костуганов А.Б.

Приходько В.А.

Обеспечение микроклимата жилых и административных зданий с каждым днём становиться всё большей проблемой. В связи с тем, что сейчас довольно часто в помещениях стали устанавливать пластиковые окна, имеющие высокую степень герметичности, естественная вентиляция уже не может справляться со своей задачей. Помимо этого, часто каналы естественной вентиляции забиваются, нарушается их целостность - что нарушает её работоспособность. В связи с этим нарушается микроклимат в помещениях здания, что приводит к негативным последствиям - синдром больного здания, образование плесневых грибков на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, образование конденсата и наледи на внутренних поверхностях окон, разрушение строительных конструкций, нарушение нормальной работы газоиспользующего оборудования и др.

В связи с вышесказанным возникает потребность в организации механической вентиляции в помещениях гражданских зданий. Так, как только с её помощью можно стабильно поддерживать микроклимат, воздушный комфорт в помещении, возможно регулировать приток воздуха, его температуру и т. д. Но обеспечить высокую энергоэффективности такой вентиляции невозможно без эффективного теплообменника-утилизатора теплоты. Далее в статье будут рассмотрены существующие на сегодняшний день конструкции таких устройств и их эффективность, выделены их достоинства, недостатки и представлены собственные разработки в этой области. микроклимат теплообменник утилизатор рекуператор

В пункте 11.3 СП 60 13330 2016 говорится, что для повышения энергоэффективности систем вентиляции необходимо применение приточно-вытяжных вентиляционных систем с механическим побуждением и утилизацией теплоты удаляемого воздуха. Такие системы не возможны без эффективных теплообменников утилизаторов теплоты. Проблема использования теплоты вытяжного воздуха сейчас стоит достаточно остро, учитывая, что по данным [1,2], до 25% от общих потерь теплоты приходится на потери теплоты с воздухообменом.

На сегодняшний день в системах вентиляции разработано достаточно большое количество эффективных теплообменников-утилизаторов теплоты вытяжного воздуха различных конструкций к ним относятся:

- пластинчатые теплообменники-утилизаторы теплоты. Температурный КПД таких теплообменников может достигать 40-70% [3,4]. Пример подобного теплообменника-утилизатора теплоты представлен в [5].

- трубчатые теплообменники-утилизаторы теплоты. имеют достаточно простую конструкцию, но из-за более увеличенного расхода материалов для производства не получили достаточного распространения. Передача теплоты происходит через стенки трубок, пронизывающих рекуператор. Температурный КПД таких рекуператоров 40-70% [3,4]. Пример подобного теплообменника-утилизатора теплоты представлен в [6]. Сфера применения таких рекуператоров: гражданские здания, промышленные предприятия. Подходит для любых видов систем;

- рекуперативные теплообменники-утилизаторы теплоты с проточным промежуточным теплоносителем. применяют тогда, когда приточный и вытяжной канал расположены на расстоянии друг от друга. Теплота в таких теплообменниках передаётся через промежуточный теплоноситель, циркулирующий в замкнутом контуре. Циркуляция обеспечивается с помощью циркуляционного насоса, установленного на обводной линии. Температурный КПД таких рекуператоров 40-60% [3,4]. Пример подобного теплообменника-утилизатора теплоты представлен в [8]. Сфера применения таких рекуператоров: гражданские здания, промышленные предприятия. Подходит для любых видов систем;

- рекуперативные теплообменники-утилизаторы теплоты на базе тепловых труб не получили широкого распространения в связи со сложностью их изготовления и дороговизной производства. Для передачи тепла таким рекуператорам не нужно механическое побуждение, циркуляция теплоносителя происходит за счёт естественных процессов внутри тепловых труб. Температурный КПД таких рекуператоров может достигать 70%. Сфера применения таких рекуператоров: вентиляция жилых и административных зданий, промышленных предприятий. Подходит для любых видов систем. Ограниченный диапазон температур применения.

- вращающиеся и стационарные регенеративные теплообменники-утилизаторы теплоты не получили широкого распространения в связи со сложностью их изготовления и дороговизной производства. Для передачи тепла таким рекуператорам не нужно механическое побуждение, циркуляция теплоносителя происходит за счёт естественных процессов внутри тепловых труб. Регенераторы имеют высокий температурный КПД от 60 до 90% по [3, 4]. Примеры подобных регенераторов представлены в [9].

Сфера применения вращающихся и стационарных регенеративных теплоутилизаторов: вентиляция жилых и административных зданий. Если есть вероятность переноса запахов, то применяется только для установок, рассчитанных на одно помещение.

Сравнение недостатков и положительных сторон, рассмотренных теплообменников-утилизаторов теплоты представлено в таблице (1).

Таблица 1 - Сравнение характеристик конструкций теплообменников-утилизаторов теплоты

Рассмотрение существующих решений в данной области, дало нам возможность, выявить критерии для теплообменников-утилизаторов теплоты, которые могут использоваться в приточно-вытяжной установке с утилизацией теплоты вытяжного воздуха для обеспечения микроклимата и воздушного комфорта в помещениях гражданских зданий и выбрать наиболее подходящую конструкцию теплообменника-утилизатора теплоты по ним.

При выборе конструкции утилизатора теплоты были учтены следующие требования:

- эффективность утилизации теплоты 50-75%;

- компактность;

- простота производства и обслуживания;

- отсутствие дополнительного энергопотребления для работы;

- низкая стоимость производства;

- малая масса утилизатора теплоты;

- аэродинамические сопротивление не более 75 Па.

По этим критериям наиболее подходящим утилизатором теплоты является пластинчатый рекуператор. Нами была разработана собственная конструкция компактного пластинчатого утилизатора теплоты и приточно-вытяжной установка с рекуперацией теплоты (Рис.1) в которую он устанавливается.

Рис. 1 - Прототип приточно-вытяжной установки с рекуперацией теплоты вытяжного воздуха

Полученный теплообменник (рис. 2) отвечает требованиям компактности, удобства производства и обслуживания, малой массы. Его основные характеристики представлены в таблице 2.

Рис. 2 - Пластинчатый утилизатор теплоты

Таблица 2 - Основные характеристики теплообменника утилизатора теплоты

Были проведены экспериментальные исследования работоспособности данного рекуператора. По результатам которой:

- эффективность утилизации теплоты установки оказалась на уровне 63%, при расходе воздуха 30м3;

- потери давления в утилизаторе теплоты около 30 Па.

Нами были рассмотрены существующие конструкции теплообменников-утилизаторов теплоты. Их тепловая эффективность, особенности конструкции, область применения. Определены основные достоинства и недостатки каждой конструкции теплоутилизаторов. Рассмотрены и проанализированы существующие примеры практически для каждой из них. Благодаря чему мы смогли выявить основные критерии подбора теплообменников-утилизаторов теплоты используемых в приточно-вытяжных установках с утилизацией теплоты вытяжного воздуха для обеспечения микроклимата и воздушного комфорта в помещениях гражданских зданий и подобрать наиболее выгодную конструкцию теплообменника-утилизатора теплоты. Были представлены результаты собственных разработок в данной области исследований и результаты экспериментальных исследований.

Список литературы

1. Гагарин, В.Г. О требованиях к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированной редакции СНиП «Тепловая защита зданий» / В.Г. Гагарин, В.В. Козлов // Вестник МГСУ. 2011. №7. С. 59-66.

2. Табунщиков, Ю.А. Микроклимат и энергосбережение: пора понять приоритеты / Ю.А. Табунщиков // АВОК. - 2008. - №5. С. 4-11.

3. Протасевич А.М. Энергоснабжение в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: учебное пособие [текст] / А.М. Протасевич. - Минск: Новое знание; М.:ИНФРА-М, 2012. - 286с. ISBN 978-985-475-491-8

4. Утилизаторы теплоты вытяжного воздуха как перспективное энергосберегающее мероприятие / А. Ю. Милованов // АВОК. - 2015.

7. Мансуров, Р.Ш. Оценка показателей эффективности работы децентрализованных приточно-вытяжных систем вентиляции / Р.Ш. Мансуров, А.Б. Костуганов, А.Р. Мансуров // Теплогазоснабжение: состояние, проблемы перспективы. Сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2013. - С. 79 - 84.

Размещено на Allbest.ru