Чисте повітря – технології збереження тепла

Чисте, насичене киснем повітря – одна з головних складових комфортного перебування в приміщенні. Щоб в будинку завжди дихалося легко, необхідна вентиляція приміщень з високою кратністю – від 3 до 5. Традиційно це питання вирішується за рахунок вентиляції, проте, на сьогоднішній день все більш актуальною постає проблема ефективного використання енергоносіїв. Замість того, щоб просто видаляти відпрацьоване повітря з приміщення, втрачаючи при цьому теплоту, яку воно несе необхідно утилізувати теплову енергію, повернувши її до приміщення. Для цього використовують особливий тип вентиляційних систем – приточно-витяжні з рекуперацією (Рисунок 1). Існує чотири основних типи таких установок:

Рисунок 1 – Схема роботи рекуператора

Перший тип: пластинчасті рекуператори повітря. Це найпоширеніший тип подібних пристроїв, що є одночасно дешевим і ефективним. Їх ККД становить від 40 до 65%. Побудовані такі агрегати досить просто і в своїй конструкції не мають ніяких рухомих частин, що позитивно впливає на надійність апарата. До недоліків пластинчастих пристроїв можна віднести його обмерзання в зимовий період року і складність забезпеченнявологобміну.

Другий тип: Роторні рекуператори повітря. Принцип його роботи заснований на обертанні теплообмінника, по якому проходить вуличне повітря в потоці вихідного теплого повітря. Саме завдяки такому обертанню ККД роторних рекуператорів може досягати 87%. Крім того, цей пристрій дозволяє частково повертати вологу назад в приміщення, не пересушує повітря. До недоліків таких рекуператорів слід віднести можливість потрапляння забрудненого витяжного повітря (необхідно застосовувати фільтри) та той факт, що рухомі частини конструкції вимагають періодичного технічного обслуговування.

Третій тип: рециркуляційний рідинний рекуператор. У цього пристрою ККД практично таке ж, як і у пластинчастого рекуператора (50-65%), тільки на відміну від останнього, він має складну конструкцію, в якій роль посередника для передачі тепла виконує рідина (вода або антифриз). Конструктивно ця система має деяку схожість з опаленням. Роль котла в ньому грає теплообмінник, встановлений на витяжному каналі вентиляції, а замість батареї – теплообмінник, який встановлений на каналі всмоктування вуличного повітря. У першому вода нагрівається, а в другому віддає своє тепло. Єдиною перевагою рециркуляційного водяного рекуператора є можливість установки його окремих частин в різних місцях.

Четвертий тип: Даховий рекуператор повітря – це промислова установка, що використовуються в системах вентиляції магазинів, цехів та інших подібних приміщень. Їх ККД становить 55-68%. Основна їхня відмінність – це низькі витрати на обслуговування і установку.

В якості об’єкту для моделювання та розробки студентами СКБ було обрано саме пластинчатий теплообмінник. Серед аргументів на користь такого вибору є те, що пластинчаті рекуператори відрізняються низькою ціною, простотою виготовлення та монтажу.Конструкційно пластинчастий рекуператор повітря являє собою касету, що складається з тонкостінних панелей, з’єднаних між собою. Встановлений в припливно-витяжної вентиляційної системи, рекуператор пластинчастого типу забезпечує безперервний температурний обмін через тонку металеву стінку двох повітряних потоків (протиточних потоків вхідного і вихідного повітря), що дозволяє домогтися нормалізації температури всередині приміщення.

Метою даної розробки є не лише повторення існуючих конструкцій, а й удосконалення навичок моделювання в середовищі SolidWorks та оптимізації ключових параметрів пристрою. Для рекуператора основним показником є ККД пристрою, зокрема актуальним є питання збереження теплоти приміщення. Для цього було створено модель рекуператора з двома блоками пластин (Рисунок 2, а) та проаналізовано ефективність її роботи в середовищі FlowSimulation(Рисунок 2, б).

а

 

б

Рисунок 2 – Модель рекуператора в середовищі SolidWorks

В якості аргументу цільової функції було обрано величину зазору між пластинамипри сталій площі забору повітря, а отже і площу теплообміну піж потоками повітря. На рисунку 3 наведено графік залежності ККД пристрою від величини зазору. Як видно з графіку – на діапазоні дослідження прослідковується чіткий оптимум на величині зазору 3,5 мм. Саме така величина зазору була обрана для виготовлення касети (Рисунок 4).

Рисунок 3 – Залежність ККД теплообмінника від величини зазору між пластинам

 

Рисунок 4 – Касета теплообмінника

Для визначення реальних показників продуктивності і ККД необхідно виготовити експериментальну установку, виявити ряд факторів, які не враховані у попередніх дослідженнях. Після виконання ряду дослідів та експериментів буде зроблено висновок про ефективність даної машини і доцільність її використання. Також дана розробка буде корисною для інженерів, аспірантів, магістрів і студентів при розробці різних технічних рішень, а також для навчального процесу. Зокрема принцип влаштування, робота та дослідження подібних теплообмінників здійснюється під час проведення лабораторних робіт студентам спеціальності 133 “Галузеве машинобудування” (спеціалізація: “Машини і апарати харчових виробництв” кафедри “Галузевого машинобудування та агроінженерії” Хмельницького національного університету.

Курской В.С., Панчишин Б.Ю, Савіцький О.Б. (17.04.2018р.)