Теплообменник - утилизатор

Одним из источников вторичных энергоресурсов в здании является тепловая энергия воздуха, удаляемого в атмосферу. Расход тепловой энергии на подогрев поступающего воздуха составляет 40...80% теплопотребления, большая ее часть может быть сэкономлена в случае применения так называемых теплообменников-утилизаторов.

Существуют различные типы теплообменников-утилизаторов.

Рис. Теплообменники:
а - пластинчатый утилизатор;
б - утилизатор ТКТ;
в - вращающийся;
г - рекуперативный;
1 - корпус; 2 - приточный воздух; 3 - ротор; 4 - сектор продувной; 5 - вытяжной воздух; 6 - привод.

Рекуперативные пластинчатые теплообменники выполняются в виде пакета пластин, установленных таким образом, что они образуют два смежных канала, по одному из которых движется удаляемый, а по другому - приточный наружный воздух. При изготовлении пластинчатых теплообменников такой конструкции с большой производительностью по воздуху возникают значительные технологические трудности, поэтому разработаны конструкции кожухотрубных теплообменников-утилизаторов ТКТ, представляющих собой пучок труб, расположенных в шахматном порядке и заключенных в кожух. Удаляемый воздух движется в межтрубном пространстве, наружный — внутри трубок. Движение потоков перекрестное.

С целью предохранения от обледенения теплообменники снабжены дополнительной линией по ходу наружного воздуха, через которую при температуре стенок трубного пучка ниже критической (-20°С) перепускается часть холодного наружного воздуха.

Установки утилизации тепла вытяжного воздуха с промежуточным теплоносителем могут применяться системах механической приточно-вытяжной вентиляции, а также в системах кондиционирования воздуха. Установка состоит из расположенного в приточном и вытяжном каналах воздухонагревателя, соединенного замкнутым циркуляционным контуром, заполненным промежуточным носителем. Циркуляция теплоносителя осуществляется посредством насосов. Удаляемый воздух, охлаждаясь в воздухонагревателе вытяжного канала, передает тепло промежуточному теплоносителю, нагревающему приточный воздух. При охлаждении вытяжного воздуха ниже температуры точки росы на части теплообменной поверхности воздухонагревателей вытяжного канала происходит конденсация водяного пара, что приводит к возможности образования наледи при отрицательных начальных температурах приточного воздуха.

Установки утилизации тепла с промежуточным теплоносителем могут работать либо в режиме, допускающем образование наледи на теплообменной поверхности вытяжного воздухонагревателя в течение суток при последующем отключении и оттаивании, либо, если отключение установки недопустимо, при применении одного из следующих мероприятий по защите воздухонагревателя вытяжного канала от образования наледи:

· предварительного нагрева приточного воздуха до положительной температуры;

 

· создание байпаса по теплоносителю или приточному воздуху;

 

· увеличения расхода теплоносителя в циркуляционном контуре;

 

· подогрева промежуточного теплоносителя.

Выбор типа регенеративного теплообменника производят в зависимости от расчетных параметров удаляемого и приточного воздуха и влаговыделений внутри помещения. Регенеративные теплообменники могут устанавливаться в зданиях различного назначения в системах механической приточно-вытяжной вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования воздуха. Установка регенеративного теплообменника должна обеспечивать противоточное движение воздушных потоков.

Систему вентиляции и кондиционирования воздуха с регенеративным теплообменником необходимо оснастить средствами контроля и автоматического регулирования, которые должны обеспечивать режимы работы с периодическим оттаиванием инея или предотвращением инееобразования, а также поддерживать требуемые параметры приточного воздуха. Для предупреждения инееобразования по приточному воздуху:

· устраивают обводной канал;

 

· предварительно подогревают приточный воздух;

 

· изменяют частоту вращения насадки регенератора.

В системах с положительными начальными температурами приточного воздуха при утилизации тепла нет опасности замерзания конденсата на поверхности теплообменника в вытяжном канале. В системах с отрицательными начальными температурами приточного воздуха необходимо применять схемы утилизации, обеспечивающие защиту от обмерзания поверхности воздухонагревателей в вытяжном канале.

 

Основные типы воздухораспределителей

Тип воздухораспределителя определяет форма образующейся струи. В зависимости от этого в вентиляционно-отопительной технике используют следующие типы распределителей: создающие компактные веерные, неполные веерные, конические и плоские струи.

Воздухораспределители, образующие компактные струи
	Компактные струи образуются при выпуске воздуха через сопла и отверстия в торце цилиндрической (или квадратной) трубы, а также при выходе через отверстия, закрытые решетками, перфорированными листами или сетками. Такие устройства в сравнении с другими распределителями воздуха обеспечивают наибольшую дальнобойность струи. К ним можно отнести решетки типа РВ-1 и РВ-2 и диффузоры SR.
Воздухораспределители, образующие веерные и неполные веерные струи
	Веерные струи, как правило, образуются при выпуске воздуха через цилиндрическую трубу за счет установки диска поперек потока на расстоянии от торца трубы менее 0,2 D. Отличительная черта таких воздухораспределителей – наименьшая дальнобойность струи в сравнении с другими выпускными устройствами. К подобным воздухораспределителям можно отнести диффузоры SR.
Воздухораспределители, образующие конические струи
	Конические струи образуют потолочные диффузоры (прямоугольные) YAR 011 с четырехсторонним выпуском воздуха.

 

Воздухораспределители

 

Круглые диффузоры SR-P

 

Диффузор круглый универсальный PAV-B

 

Диффузор круглый универсальный PAV-SS

 

Решетка наружная круглая типа RN al (аналог PGC / IGC)

Решетка наружная круглая типа RN ss

 

Решетка-сетка наружная RN met

 

Потолочные решетки типа С003/С004

 

Щелевые решетки серии Р

Пластмассовые решетки

 

Вентиляционные решетки регулируемые РВ-1

 

Вентиляционные решетки регулируемые РВр-1

 

Вентиляционные решетки регулируемые РВ-2

 

Вентиляционные решетки регулируемые РВр-2

Решетки переточные типа РП

 

Решетки наружные

 

Решетки наружные РНв

 

Инерционные решетки

Решетки приточные щелевые

 

Решетки вытяжные щелевые

 

Потолочные диффузоры прямоугольные типа YAR 011

 

Воздухораспределители и устройства воздухоудаления:

Воздухораспределитель представляет собой устройство, через которое воздух из приточного воздуховода поступает в помещение. По геометрической форме струи могут быть: компактными, плоскими, веерными (как разновидность последних — неполные веерные и конические). Компактные струи образуются при выпуске воздуха из цилиндрических труб, души-рующих патрубков, круглых и прямоугольных отверстий, как открытых, так и затененных решетками, перфорированными листами и тому подобными устройствами.

Плоские струи формируются при истечении воздуха из щелевых каналов воздушных завес, воздуховодов активной раздачи, прямоугольных вытянутых отверстий, как открытых, так и закрытых решетками, перфорированными листами.

 

Веерные струи образуются при раздаче воздуха через насадки с плоским диском, установленным поперек потока, через одно-дисковые и многодиффузорные плафоны в том числе и с закручивающими устройствами.

Неполные веерные струи (как одна из разновидностей веерных струй) формируются при выпуске воздуха через решетки с расходящимися под некоторым углом лопатками. Такая струя также постепенно трансформируется в компактную.

Конические струи (также относятся к веерным) создаются при выпуске воздуха через насадки с конусом или плафоны в виде диффузоров с установленным в них плоским отражательным диском. При угле расширения на истечении менее 120° полная коническая струя имеет тенденцию к смыканию, постепенно превращаясь в компактную.

Компактные и плоские струи считаются прямоточными, если в них векторы скорости на истечении параллельны между собой. Они имеют сравнительно небольшой угол расши- рения. Векторы скорости на истечении в этих струях расходятся под некоторым углом друг к другу — Эти струи называют рассеянными.

Струи, которым с помощью установленного на выходе закручивающего устройства придается вращательное движение считаются закрученными. В таких струях, кроме векторов поступательного движения, имеются векторы вращательного движения. Закрученные струи также бывают компактные и конические.

У закрученных струй большая степень интенсивности перемешивания, поэтому падение скорости и избыточной температуры воздуха в них происходит на меньшем расстоянии от воздухораспределителя, чем в прямоточных.

При распространении прямоточной струи вблизи ограждения образуется настилающаяся струя, «дальнобойность» которой больше, чем свободной.

Устройства воздухоудаления представляют собой приемные отверстия вытяжного и рециркуляционного воздуха, оборудованные решетками, перфорированными панелями и другими сетевыми элементами.

При всасывании в устройство воздухоудаления воздух поступает со всех сторон. Закономерности течения воздуха в этом случае зависят от формы отверстия: у круглого отверстия с острыми кромками уже на расстоянии одного диаметра, скорость воздуха составляет всего 5% от скорости в центре отверстия, а у прямоугольного отверстия с соотношением сторон: 1:10 на расстоянии, равном ширине щели, скорость составляет 20% от скорости ее в центре. Однако в любом случае, по мере удаления от устройства воздухоудаления, скорость воздуха затухает быстрее, чем у приточной струи.

По конструктивному исполнению воздухораспределители и устройства воздухоудаления весьма разнообразны: решетки, плафоны, сопла, перфорированные панели и воздуховоды, панели с форсунками, направляющими струю, различного рода насадки, например вихревые, для подачи в рабочую зону с малыми скоростями и др.

Рассмотрим наиболее распространенные конструкции воздухораспределителей и устройств воздухоудаления.

Решетки:

Решетки могут быть приточными и вытяжными. Те и другие бывают регулируемыми и нерегулируемыми; круглой, квадратной, прямоугольной формы; металлические (чаще стальные или алюминиевые) или пластмассовые; с декоративным оформлением или без него; различных расцветок и размеров; с направлением потока приточного (или с забором удаляемого) воздуха в одну, две, три или четыре стороны. Специальные модификации решеток предназначаются для работы во влажных и агрессивных средах (в бассейнах, производственных помещениях).

В зависимости от конструкции решетки создают компактные, плоские, неполные веерные или иные типы струи.

Регулирующие устройства приточных решеток представляют собой следующие виды регуляторов:

регулятор расхода (как правило, многос творчатый клапан);
регулятор характеристик струи (от ком пактной до неполной веерной);
регулятор направления (ряд специальных жалюзи, открывающихся в опреде ленном направлении).

Причем, если воздухораспределитель снабжен больше чем одним из приведенных регуляторов, то регулирующие устройства устанавливаются обычно в том же порядке по ходу воздуха, в каком они перечислены выше. Вытяжные решетки также могут иметь регуляторы расхода и направления.

Некоторые конструкции решеток являются универсальными и применяются как в приточных, так и в вытяжных системах.

Устанавливаются решетки приточных и вытяжных устройств чаще на стенах выше обслуживаемой зоны. В то же время они могут быть специально предназначенными для установки в потолке (для вытяжки, притока или универсальные), либо для напольной раздачи или удаления воздуха.

Приточные решетки: а - для застенной установки; б - для потолочной установки

Вытяжные решетки: а - для настенной установки; б - для потолочной установки

Существуют также переточные решетки, предназначенные для перетока воздуха из одного помещения в другое.

Переточные решетки: а - для установки в двери толщиной до 45 мм; б - для установки в стене любой толщины.

Переточные решетки обычно выполняются из пластмассы и могут быть настенные или дверные, различных цветов, звуко- и светонепроницаемые. Крепление решеток может быть на винтах или на специальных зажимах.

Щелевые воздухораспределительные устройства:

Щелевые воздухораспределители создают плоские струи. По сравнению с решетками, при одинаковой площади выпуска воздуха, щелевые воздухораспределители формируют струю с большей дальнобойностью. Плоская на истечении струя на расстоянии, равном 6L (L — размер длинной стороны щелевого распределителя), трансформируется в круглую, и ее течение подчиняется законам осессиметричных струй.

Щелевые воздухораспределители бывают приточные и вытяжные, нерегулируемые и с регулированием расхода и направления выпуска воздуха, а также стальные, алюминиевые, иногда пластмассовые. Они предназначаются для настенной, потолочной и напольной установки. Некоторые типы щелевых воздухораспределителей показаны на рисунке.

Щелевые воздухораспределители: а - регулируемый приточный для установки на потолке; б - для настенного и потолочного крепления с регулированием направления приточной струи

Плафоны:

Плафонами, как правило, называют воздухораспределители, предназначенные для размещения на потолке и создающие веерные или конические струи. Иногда используют плафоны для настенной и напольной установки. По конструкции плафоны могут быть дисковыми и многодиффузорными.

Дисковые плафоны имеют плоский диск, оставляющий между собой и корпусом воздухораспределителя кольцевую щель, через которую истекает рассеянная коническая струя. Многодиффузорные плафоны состоят из ряда конусов с увеличивающимися ди- аметрами. Они одновременно могут создавать веерные струи, настилающиеся на потолок и осесимметричная струя, обладая малой дальнобойностью, размывается уже на расстоянии, равном двум-четырем диаметрам патрубка.

Плафоны могут быть приточные и вытяжные, а также универсальные, регулируемые и нерегулируемые; круглой, квадратной, прямоугольной формы; металлические или пластмассовые; различных расцветок и размеров.

Приточные плафоны: а -дисковый регулируемый как по расходу воздуха, так и по форме струи (от горизонтальной, настилающейся на потолок, до практически вертикальной компактной); б - многодифузорный регулируемый; в - дисковый для настенной установки

Вытяжные плафоны: а - дисковый нерегулируемый; б - дисковый регулируемый; в - дисковый для бань и саун

Дисковые и многодиффузорные плафоны могут иметь регуляторы расхода воздуха и характеристик струи.

Выпускаются также приточные плафоны с закруткой потока.

Наиболее распространенной является конструкция, в которой выпуск воздуха осуществляется через неподвижные лопасти или вращаемые потоком воздуха. Причем поворот лопастей к потоку может быть регулируемый или нерегулируемый.

При выпуске воздуха через воздухораспределитель такой конструкции образуется свободно закрученная струя, характеризующаяся быстрым падением скоростей (быстрой ассимиляцией).

Воздухораспределители с закруткой потока выполняются из металла или пластика и могут иметь не только круглую, но и квадратную форму, в основном для потолочной установки.

Приточные плафоны с закруткой воздушного потока: а - круглый плафон с неподвижными лопастями; б - квадратный плафон с поворачивающимися лопастями; в - плафон с вращающимся ротором

Насадки с форсункам:

Насадки с форсунками состоят из воздухораспределительной панели и камеры постоянного давления, через которую подводится приточный воздух.

На воздухораспределительной панели определенным образом располагаются форсунки, через которые воздух подается в помещение отдельными закрученными струями. Форсунки могут поворачиваться на 360°, поэтому направление каждой струи может быть отрегулировано в отдельности.

Приточные насадки, снабженные воз духораспределительной панелью с форсунка ми, разнообразны по _^т^ форме. Они бывают круглые, квадратные и «линейные». Плотность расположения форсунок на панели также моыжет быть различная.

Приточные насадки с форсунками: а - квадратной формы с радиальным расположением форсунок; б - квадратной формы с рядным расположением форсунок; в - "линейная" насадка с двумя рядами форсунок

Сопла:

Сопловые воздухораспределители предназначены для раздачи воздуха с высокими скоростями истечения (до 30-40 м/с).