УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ВЫТЯЖНОГО ВОЗДУХА

Утилизация теплоты вытяжного воздуха - процесс вторичного использования тепловой энергии в системе вентиляции. Теплота вытяжного вентиляционного воздуха — основной вторичный энергоресурс (ВЭР) жилых и общественных зданий. Расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха в жилых зданиях составляет 40—50% расхода на отопление, в общественных — 40—80%. В промышленных зданиях кроме теплоты вытяжного воздуха к ВЭР относятся уходящие газы топливо исполняующего технология, оборудования, отопительно-промышленных котельных и др.
Аппараты, прсдназначенные для утилизации теплоты вытяжного воздуха, называют теплоутилизаторами. По характеру изменения теплового потенциала различают два их вида: тепловые насосы, обеспечивающие увеличение теплового потенциала, и теплообменные аппараты. Выбор схемы и типа теплоутилизаторов определяет характер нагрузки теплопотребителей, так как существенно влияет на экономичность системы в целом. Потребители теплоты вытяжного воздуха могут быть круглогодичные (системы горячего водоснабжения хозяйственно-бытового и производственного) и сезонные (низкотемпературные системы водяного отопления, системы кондиционирования воздуха и вентиляции).
Тепловые насосы при утилизации теплоты вытяжного воздуха могут применяться для подогрева или подогрева и охлаждения приточного воздуха, а также для подогрева воды. В случае использования воздуха в качестве источника и приемника теплоты тепловые насосы работают посхеме "воздух—воздух". Такая схема предпочтительна при кондиционировании воздуха, то есть при нагреве его в холодный период года и охлаждении в теплый. Переход работы теплового насоса с режима нагревания на режим охлаждения осуществляется изменением движения либо хладагента, либо воздуха. Работу теплового насоса для подогрева воды за счет теплоты вытяжного воздуха называют работой по схеме "воздух—вода".
Тепловые насосы работают по обратному термодинамическому циклу Карта. Их тепловой цикл аналогичен холодильному циклу, но в данном случае производится не только холод в испарителе, ной теплота в конденсаторе. Таким образом при затрате работы извне тепловой насос извлекает из источника низкопотенциальную теплоту и передает ее с более высоким потенциалом к приемнику.
Большое распространение получили теплоутилизаторы - теплообменники, которые подразделяют на три группы: рекуперативные (воздухо-воздушные, воздухо-жидкостные, жидкостно-жидкостные), регенеративные и с промежуточным теплоносителем. В первых двух рабочим телом являются сами теплообменивающиеся среды, например, вытяжной и приточный вентиляционный воздух, в последнем — кроме теплообменивающихся сред используется рабочее тело, воспринимающие теплоту от вытяжного воздуха и передающее ее потребителю. В рекуперативных воздухо-воздушных теплоутилизаторах-теплообменниках теплота вытяжного воздуха передается через стенку приточному воздуху, а в воздухо-водяных — от воздуха к воде. В регенеративных теплоаккумулирующая масса попеременно нагревается за счет теплоты вытяжного воздуха и отдает аккумулированную теплоту приточному воздуху.
Регенеративные теплоутилизаторы-теплообменники бывают стационарные, в которых неподвижная теплоаккумулирующая масса (в виде насадок из металлической стружки, гравия, щебня и т.п.) попеременно автоматически переключается с режима поглощения (поток вытяжного воздуха) на режим отдачи теплоты (поток нагреваемого воздуха), и вращающиеся, теплоаккумулирующая масса которых, выполненная в виде плоского цилиндра-насадки, разделенной на секторы, при вращении последовательно пересекает поток вытяжного и приточного воздуха. Вращающиеся регенеративные аппараты могут передавать как явную, так и полную теплоту. В последнем случае теплоутилизаторы называт энтальпийными или сорбирующими и их теплоаккумулирующая масса изготовляется из тонколистового картона, бумаги, целлюлозы и тому подобных материалов. Теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем имеют дополнительный циркуляционный контур, в котором циркуляционным насосом перемещается рабочее тело, передающее теплоту от вытяжного воздуха потребителю.
Их достоинства: полная аэродинамическая изоляция потоков вытяжного и приточного воздуха, что исключает возможность переноса запахов, бактерий и прочих загрязнений из вытяжного воздуха; возможность устройства систем утилизации при размещении приточных и вытяжных установок на значительном расстоянии одной от другой; возможность объединения в одну систему различного числа приточных и вытяжных установок с различным тепловым потенциалом удаляемого воздуха; недостаток — большой расход металла.
Разновидностью рекуперативного теплоутилизатора с промежуточным теплоносителем является теплоутилизатор на базе тепловых труб. Он представляет собой пучок труб, помещенных одним концом в поток греющего вытяжного, а другим — в поток нагреваемого приточного воздуха. Трубы отопительные, представляющие собой разновидность рекуперативных воздухо-жидкостиых теплообменников, выполняют в виде герметичной оболочки, частично заполненной легкокипящей жидкостью (хладоны, аммиак, глицерин и т.п.), устанавливают под небольшим углом к горизонту, в результате чего происходит естественная конвекция паров жидкости.
Серийно изготовляемые теплоутилизаторы на базе труб предназначены для круглогодичного использования теплоты (холода) воздуха, удаляемого системами местной и общеобменной вытяжной вентиляции для нагревания (охлаждения) приточного воздуха в системах кондиционирования воздуха и приточной вентиляции производственных и общественных зданий.
Они могут использоваться при температуре не выше 70 С в потоке вытяжного и не ниже —40 С в потоке приточного воздуха и запыленности не более 0,5 мг/м без содержания липких веществ и волокнистых материалов. Для них вводятся те же ограничения в применении, что и для рекуперативных и регенеративных теплоутилизаторов.
Теплоутилизаторы контактного типа являются разновидностью теплоутилизаторов с промежуточным теплоносителем. Они могут быть полые, в которых поверхность теплообмена образуется каплями жидкости, разбрызгиваемой через форсунки или другими способами, или иметь насадку, орошаемую водой, раствором солей или жидкими сорбентами. В насадочных аппаратах теплообменная поверхность образуется частично стекающей пленкой жидкости, частично каплями, движущимися между пленконесущимй элементами. В качестве полых контактных теплоутилизаторов могут использоваться форсуночные камеры центральных кондиционеров. Теплоутилизаторы контактного типа применяют для нагревания воды за счет теплоты вытяжного воздуха. Вода в этом случае может быть подогрета лишь до температуры, соответствующей температуре воздуха по мокрому термометру. Поэтому теплоутилизаторы контактного типа целесообразно применять для утилизации теплоты вытяжного воздуха с высоким влагосодержанием, например, удаляемого от различного сушильного оборудования текстильной, деревообрабатывающей, пищевой и других отраслей промышленности. Вода, нагреваемая в контактных аппаратах, используется для тсхнологич. целей либо в рекуперативных теплообменниках. Достоинство теплоутилизаторов контактного типа — возможность совмещения процессов очистки и утилизации теплоты вытяжного воздуха, а также допустимость широкого диапазона начальных температур.
Применение любых теплоутилизаторов связано с дополнительными капитальными и энергетическими затратами, увеличением расхода металла, установкой воздушных фильтров в потоке вытяжного воздуха, дополнительными затратами электроэнергии на перемещение воздуха или жидкости и др. На технико-экономическую эффективность утилизации теплоты вытяжного воздуха влияют его массовый расход, температуpa, влагосодержание и загрязнение, климатические характеристики наружного воздуха, способы регулирования параметров тепловоспринимающей среды и предотвращения инееобразования, время работы теплоутилизационной установки. Экономическая эффективность резко возрастает с увеличением продолжительного действия установки в годовом цикле при трехсменной работе.