Wpływ wysokości fal wypełnienia obrotowego wymiennika ciepła na efektywność jego działania w okresie zimowym

• Autorzy: Jedlikowski Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2023.12.1

Warianty tytułu

EN

Influence of the Wave Height of the Rotary Heat Exchanger Matrix on the Effectiveness of its Operation During the Winter Period

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono obowiązujące przepisy i regulacje obejmujące wymagania dotyczące sprawności stosowanych urządzeń odzyskujących ciepło. Dokonano przeglądu literatury poświęconego sposobom podwyższania skuteczności funkcjonowania wymienników ciepła. Omówiono budowę centrali wentylacyjnej wyposażonej w obrotowy wymiennik ciepła. Szczegółowo przedstawiono budowę i zasadę działania sekcji odzyskiwania ciepła. Scharakteryzowano różne warianty wysokości falistego wypełnienia obrotowych wymienników ciepła. Cel badań: Przeprowadzenie analizy wpływu wysokości fal wypełnienia na sprawność badanego wymiennika ciepła. Zwrócenie uwagi na wytworzone wewnątrz urządzenia aktywne strefy wymiany ciepła i masy. Wyznaczenie efektywności wymiennika ciepła umożliwiającej jego bezawaryjną eksploatację w warunkach okresu zimowego. Metody: W metodyce postępowania wykorzystano oryginalny model matematyczny wymiany ciepła i masy. Na podstawie modelu przy zastosowaniu środowiska programowania Pascal opracowano program komputerowy. Wyniki pozytywnej walidacji programu umożliwiły przeprowadzanie symulacji działania obrotowych wymienników ciepła. W programie zdefiniowano wymiary geometryczne urządzenia oraz termodynamiczne parametry obydwu strumieni powietrza. Badania numeryczne przeprowadzono w warunkach ujemnych wartości temperatury powietrza zewnętrznego. Wnioski i odniesienie do zastosowań praktycznych: Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że przy mniejszych rozmiarach falistego wypełnienia odnotowano wyższe wartości efektywności urządzenia. Większy rozmiar fal wypełnienia umożliwił natomiast większe możliwości tworzenia stref związanych z mokrą wymianą ciepła kosztem zmniejszonej powierzchni suchej. Stwierdzona obecność obszarów akumulacji wilgoci stanowi istotny problem w funkcjonowaniu obrotowych wymienników ciepła. Kluczem do rozwiązania tego problemu jest wilgotność względna powietrza wywiewanego, która odgrywa ważną rolę w tworzeniu tych stref. Bezpieczna eksploatacja obrotowego wymiennika ciepła powyżej pewnej wartości granicznej wilgotności względnej wymaga redukcji jego sprawności. Z racji tego wynika również możliwa do zmierzenia progowa temperatura powietrza usuwanego (opuszczającego wymiennik ciepła), która powinna być wyższa od 0°C. Kompletna eliminacja stref akumulacji wilgoci wymaga redukcji efektywności urządzenia do zbliżonej wartości (np. przy wilgotności względnej powietrza wywiewanego φ2we=30%) równej ε(t)=0,568 niezależnie od wysokości zastosowanych płyt falistych. Dalsze wyniki optymalizacyjne umożliwią przeprowadzenie działań zmierzających do racjonalnego wykorzystania nadmiaru strumienia ciepła przejścia fazowego obecnego w strefie akumulacji wodnej.

EN

The paper presents applicable laws and regulations containing efficiency requirements for heat recovery equipment in use. A literature review was conducted on ways to increase the efficiency of heat exchangers. The construction of an air handling unit equipped with a rotary heat exchanger is discussed. The construction and principle of operation of the heat recovery section are presented in detail. Different variants of the height of the corrugated matrix of rotary heat exchangers have been characterized. Aim: Analysis of the effect of matrix wave height on the efficiency of the heat exchanger under study. Paying attention to the zones of active heat and mass transfer generated inside the device. Determine the effectiveness of the heat exchanger for trouble-free operation during the winter. Methods: The methodology used the original mathematical model of heat and mass transfer. A computer program was developed based on the model using the Pascal programming environment. The results of the program’s positive validation made it possible to simulate the operation of rotary heat exchangers. The program defines the geometric dimensions of the device and the thermodynamic parameters of the two airflows. Numerical tests were carried out under low outdoor air temperature conditions. Conclusions and relevance to practice: Based on the results, it was found that higher device effectiveness values were noted with smaller corrugated matrix sizes. In contrast, the larger size of the matrix waves allowed greater opportunities to create zones associated with wet heat transfer at the expense of a reduced dry area. The identified presence of areas of moisture accumulation is a significant problem in the operation of rotary heat exchangers. The key to solving this problem is the relative humidity of the exhaust air, which plays an important role in creating these zones. Safe operation of the rotary heat exchanger above a certain relative humidity limit requires a reduction in its efficiency. For this reason, there is also a measurable threshold temperature of the exhaust air (leaving the heat exchanger), which should be higher than 0°C. The complete elimination of moisture accumulation zones requires the reduction of device effectiveness to an approximate value (e.g., with return air relative humidity φ2we=30%) equal to ε(t)=0.568, regardless of the height of the corrugated sheets used. Further optimization results will make it possible to carry out measures to rationally utilize the excess heat flux of the phase transition present in the water accumulation zone.

Słowa kluczowe

PL

urządzenie regeneracyjne; odzysk ciepła; bezpieczeństwo funkcjonowania

EN

regenerative unit; heat recovery; safe operation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 54, nr 12
• Strony: 3--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Jedlikowski Andrzej

• Katedra Klimatyzacji, Ogrzewnictwa, Gazownictwa i Ochrony Powietrza, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska

• https://orcid.org/0000-0002-2456-253X

Bibliografia

• [1] Anisimov Sergey, Andrzej Jedlikowski, Maciej Skrzycki. 2012. „Heat and mass transfer in the cross-flow plate-fin heat exchangers used for energy recovery from exhaust air”. Proceedings of the Xth International Scientific Conference „Quality of Indoor Air and Environment”, Volgograd - Budapest, 13-20 maja 2012: 302-308.
• [2] Anisimov Sergey, Andrzej Jedlikowski. 2014. „An influence of surface cross-flow plate-fin heat exchangers on efficiency of heat recovery units used in ventilation and air conditioning systems”. Proceedings of the XIIth International Scientific Conference „Quality of Indoor Air and Environment”. Volgograd - Haifa, 23 marca-3 kwietnia 2013, VolGASU, Volgograd - Haifa 2014: 141-147.
• [3] AnnexAir. 2023. „Energy Recovery Units, Enthalpy Wheel Dual Wheel - Stand Alone”. https://www.annexair.com/OurProducts/EnergyRecoveryUnits/EnthalpyWheel/DualWheel.aspx, (data dostępu: 22.07.2023).
• [4] Büyükalaca Orhan, Tuncay Yılmaz. 2002. „Influence of rotational speed on effectiveness of rotary-type heat exchanger”. Heat and Mass Transfer 38: 441-447.
• [5] Dan-Poltherm. 2014. „Centrale wentylacyjne i klimatyzacyjne DP Basic”. https://dan-poltherm.pl/wp-content/uploads/2020/12/DP_Basic.pdf (data dostępu: 22.07.2023).
• [6] Ecomax. 2020. „Rekuperacja - wymiennik przeciwprądowy czy obrotowy?” https://www.ecomax.pl/porady-i-wskazowki/201120-wymiennikprzeciwpradowy-czy-obrotowy-rekuperacja. (data dostępu: 31.05.2023).
• [7] El Qarnia Hamid, Marcel Lacroix. 1998. „Modélisation d’un échangeur de chaleur compact à courants croisés séparés par des couches de matériau à changement de phase”. Revue Générale de Thermique 37: 514-524.
• [8] Holmberg Roy B. 1977. „Heat and Mass Transfer in Rotary Heat Exchanger with Non-hygroscopic Rotor Materials”. Journal of Heat Transfer „ASME Transactions” 99: 196-202.
• [9] Holmberg Roy B. 1979. „Combined Heat and Mass Transfer in Regenerators with Hygroscopic Materials”. Journal of Heat Transfer „ASME Transactions” 101: 205-210.
• [10] Hoval Energy Recovery. 2022. „Plate heat recovery - Design handbook”. https://www.hoval-energyrecovery.com/zoolu-website/media/document/26537/Handbook_for_design%2C_installation_and_ operation.pdf, (data dostępu: 22.07.2023).
• [11] Hoval Energy Recovery. 2022. „Rotary heat exchangers - Design handbook”. https://www.hoval-energyrecovery.com/zoolu-website/media/document/26503/Handbook_for_design%2C_installation_and_operation.pdf, (data dostępu: 22.07.2023).
• [12] Jedlikowski Andrzej, Paulina Kanaś, Sergey Anisimov. 2020. „Heat and mass transfer inside the rotary heat exchanger operating under high speed rotor conditions”. International Journal of Heat and Mass Transfer 152 (119558): 1-24.
• [13] Jedlikowski Andrzej, Sergey Anisimov, Paulina Kanaś, Maciej Skrzycki. 2019. „The influence of rotor speed on the formation of frost accumulation zone inside the rotary heat exchangers”. Proceedings of the XVIIth International Scientific Conference „Quality of Indoor Air and Environment”, 11-18 września 2019, Moskva / red. V G. Gagarin i in. Volgograd: VolgGMU: 87-99.
• [14] Jedlikowski Andrzej. 2012. „Wymiana ciepła w wymiennikach krzyżowych w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych z odzyskiem ciepła z powietrza wywiewanego”. Praca Doktorska, Promotor: Sergey Anisimov. Politechnika Wrocławska.
• [15] Jedlikowski Andrzej. 2017. „Skuteczność odzyskiwania ciepła z powietrza wentylacyjnego w wymiennikach krzyżowych pracujących w układzie pojedynczym lub podwójnym”. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 48(7): 301-308.
• [16] Jedlikowski Andrzej. 2020. „Wpływ modyfikacji budowy krzyżowego wymiennika ciepła na efektywność odzysku ciepła w systemach wentylacji i klimatyzacji”. Inżynier Budownictwa 9: 69-72.
• [17] Kanaś Paulina, Andrzej Jedlikowski, Michał Karpuk, Sergey Anisimov, Borys Vager. 2022. „Heat transfer in the regenerative heat exchanger”. Applied Thermal Engineering 215 (118922): 1-35.
• [18] Kanaś Paulina, Andrzej Jedlikowski, Sergey Anisimov. 2019. „The influence of geometrical parameters on heat and mass transfer processes in rotary heat exchangers”. SN Applied Sciences 1 (526): 1-16.
• [19] Klingenburg. 2023. „Obrotowe wymienniki ciepła”. http://www.klingenburg.pl/wiedza/obrotowe-wymienniki-ciepla/. (data dostępu: 31.05.2023).
• [20] Menerga Polska Sp. z o.o. „Centrala klimatyzacyjna do klimatyzacji komfortu z podwójnym krzyżowym wymiennikiem ciepła”. 2013; http://www.menerga.pl/ckfinder/userfiles/files/Produkty/2013_Dosolair_54.pdf (data dostępu: 21.08.2018).
• [21] Menerga Polska Sp. z o.o. 2007. „Centrala klimatyzacyjna ze zwiększonym 1-stopniowym odzyskiem ciepła do hal basenowych”. http://www.menerga.pl/ckfinder/userfiles/files/Produkty/35_ThermoCond_ strona.pdf, (data dostępu: 21.08.2018).
• [22] Menerga Polska. „Obrotowy wymiennik odzysku ciepła”. https://www.menerga.com/pl/produkty-i-rozwiazania/obrotowy-wymiennikodzysku-ciepla/. (data dostępu: 31.05.2023).
• [23] Mishra Manish, P.K. Das, Sunil Sarangi. 2006. „Transient behaviour of crossflow heat exchangers due to perturbations in temperature and flow”. International Journal of Heat and Mass Transfer 49: 1083-1089.
• [24] Mishra Manish, P.K. Das, Sunil Sarangi. 2008. „Effect of temperature and flow nonuniformity on transient behaviour of crossflow heat exchanger”. International Journal of Heat and Mass Transfer 51: 2583-2592.
• [25] Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz. U. 2022 poz. 1225.
• [26] Östberg. „Rotary Heat Exchanger”. https://cn.ostberg.com/wp-content/uploads/sites/15/2016/09/Ostnerg_Rotor_BrochureEN_LoRes.pdf (data dostępu: 22.07.2023).
• [27] Pawiłojć Adam, Waldemar Targański, Zenon Bonca. 1999. „Odzysk ciepła w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych”, Wyd. IPPU MASTA sp. z o.o. Gdańsk.
• [28] Pro-vent. 2017. „Rekuperatory Mistral Duo”. http://www.pro-vent.pl/rekuperatory/rekuperatory-mistral-duo/ (data dostępu: 17.01.2017).
• [29] ProVent. 2023. „Wymiennik obrotowy i płytowy - porównanie”. https://www.pro-vent.pl/wymiennik-obrotowy-i-plytowy/. (data dostępu: 31.05.2023).
• [30] Rose Jørgen, Toke Rammer Nielsen, Jesper Kragh, Svend Svendsen. 2008. „Quasi-steady-state model of a counter-flow air-to-air heatexchanger with phase change”. Applied Energy 85: 312-325.
• [31] Rozporządzenie Delegowane Komisji (UE) nr 1254/2014 z dnia 11 lipca 2014 r. uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej systemów wentylacyjnych przeznaczonych do budynków mieszkalnych. Tekst mający znaczenie dla EOG.
• [32] Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1253/2014 z dnia 7 lipca 2014 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych. Tekst mający znaczenie dla EOG.
• [33] Ventia. 2023. „Budujesz się? Pomyśl o rekuperacji!” https://www.ventia.pl/pl/aktualnosci/komfovent-domekt-r-z-innowacyjnymobrotowym-sorpcyjnym-entalpicznym-wymiennikiem-ciepla?gclid=EAIaIQobChMIrpy5ze2f_wIVDW0YCh2iIwPwEAMYAiAAEgI8J_D_BwE. (data dostępu: 31.05.2023).
• [34] Zhang Li-Zhi. 2009. „Flow maldistribution and thermal performance deterioration in a crossflow air to air heat exchanger with platefin cores”. International Journal of Heat and Mass Transfer 52: 4500-4509.