Строительство и архитектура/5.Теплогазоснабжение и вентиляция

Тихонов А.А.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет ИТМО

Институт холода и биотехнологий, Россия

Д.т.н. Сулин А.Б.

Научно-исследовательский институт промышленной и морской медицины федерального медико-биологического агентства, Россия

Пути повышения эффективности и методика оценки для пластинчатых утилизаторов теплоты вентиляционных выбросов

Проблема повышения эффективности работы утилизаторов телоты систем вентиляции кондиционирования из полимерных материалов может быть решена тремя путями:

· Посредством уменьшения гидравлического диаметра каналов и/или увеличения скорости движения теплоносителей, что вызывает большие потери на трение и повышенный уровень шума;

· Посредством развития поверхности (оребрения), что связано также с увеличением ;

· Путем минимизированного воздействия на геометрию поверхности теплообмена, не вызывающего существенного роста .

Поэтому проблема интенсификации ТМО в теплоутилизаторах является важной, а подчас определяющей, в общей актуальной проблеме энергосбережения при создании и эксплуатации машин и аппаратов систем вентиляции кондиционирования.

Отличие рекуперативных пластинчатых теплоутилизаторов систем ветиляции и кондиционирования от теплоутилизаторов большой энергетики, является ламинарный режим течения потока воздуха в каналах, обеспечивающий допустимый уровень шума и низкие значения аэродинамического сопротивления.

Исторически ситуация сложилась таким образом, что основные усилия специалистов были направлены на исследование интенсификации теплообмена применительно к энергетическим аппаратам, работающим в условиях турбулентного и переходного режимов. И только в последние годы был проявлен интерес к решению этой проблемы для области режимных параметров, соответствующих ламинарному режиму течения. Работы видных ученых А.А. Гухмана [1], В.А. Кирпикова [2], Ю.Г. Назмеева [3] и других , четко указывают на несомненную перспективность применения известных методов интенсификации именно к ламинарному режиму течения капельной жидкости. Очевидно, что такая ситуация может возникнуть как результат продуманного интенсифицирующего воздействия на процесс теплообмена и, как следствие, свойств жидкости или как совместный результат того и другого.

Интенсификация теплообмена в ламинарной области, характерной для теплоутилизаторов систем вентиляции и кондиционирования воздуха при опережающем росте теплоотдачи по сравнению с ростом аэродинамического сопротивления может быть обеспечена, например, посредствам формирования рельефа поверхности типа набивки Френкеля, «микрокрыльев» (Winglet Vortex Generator) [4] и новой конфигурации «лунок» с двояковыпуклой поверхностью [5].

Использование пластин из ячеистого поликарбоната для поверхности теплообмена перекрестноточного теплоутилизатора позволило создать конструкцию аппарата с оптимальным соотношением: цена-качество. Достоинством этого аппарата следует считать его морозоустойчивость (-40⁰С), т. е. сохранение целостности аппарата при полном его обмерзании.

Основной особенностью пластинчатых теплоутилизаторов является, то, что вход воздуха в каналы совпадает с началом теплообменного участка.

В этом случае процесс теплообмена протекает в гидродинамическом начальном участке. Эта задача на данном этапе развития окончательно не решена. Имеются приближенные решения лишь для стабилизированного течения.

Оценки тепловой эффективности теплообменных аппаратов, применяемых в вентиляции и кондиционирования, с конденсацией пара на холодной поверхности из потока влажного воздуха, имеют некоторые особенности.

В качестве примера ниже приведен график зависимости (рис.1), где число единиц переноса определяется:.

Рис. 1 Влияние конденсации пара из потока влажного, горячего воздуха на эффективность теплоутилизатора .

На (рис.1) изображен алгоритм учета влияния конденсации пара на эффективность при одинаковых значениях коэффициентов теплопередачи (без учета массообмена) (линия a-b) и с учетом массообмена (линия a-c). Если коэффициент теплопередачи возрастает вследствие поперечного потока массы или вследствие применения интенсифицированной поверхности теплообмена, то происходит увеличение значения NTU, например, от значения NTU_a в точке а до значения NTU_d в точке d. Эффективность форсированного теплообменника-утилизатора при «сухом» теплообмене определяется в точке f (при принятом условии равенства воздушных эквивалентов горячего и холодного потоков). Совместное влияние на эффективность как интенсификации теплообмена, так и процесса конденсации пара из потока влажного воздуха в этом случае определяется, например, в точке е. При такой трактовке процесса линия на графике, представленном на рис. 3, характеризует граничное значение эффективности, к которому она в пределе стремится за счет конденсации пара из потока влажного воздуха.

Литература:

1. Гухман А.А. Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей /Теплоэнергетика. 1977. № 4. С. 5—8.

2. Кирпиков В.А., Мусави Найниян С.М. Количественная оценка эффективности различных методов интенсификации конвективного теплообмена. Химическое и нефтяное машиностроение, 1994, №10, с.11 – 14.

3. Назмеев Ю.Г. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в дискретно-шероховатых каналах. М.: Энергоатомиздат, 1998. – 376 с.

4. Вrоскmeier U., Guntermann Th., Fiebig M., Mielenz O. Performance evaluation of a vortex generator heat transfer surface and comparison with different high performance surfасeа/ Int J Heat Mass Transfer, 1993. 36, №10, рр. 2575-2541.

5. Халатов А.А. Теплообмен и гидродинамика около поверхностных углублений (лунок) – НАН Украины, Институт технической теплофизики,. Киев, 2005, 59 с.