Kondensācija un sarma rotācijas siltummaiņos

Gaiss-gaiss siltummaiņiem, ko izmanto enerģijas atgūšanai ventilācijas iekārtās, dažkārt jādarbojas ļoti zemā āra gaisa temperatūrā. Darbības laikā siltummaiņa virsmas atdzesē āra gaiss un sasilda nosūces gaiss. Tas nozīmē, ka siltummainim ir aukstā puse un siltā puse neatkarīgi no tā veida. Tomēr temperatūras sadalījums rotācijas siltummainī ir sarežģīts, prognozēt kondensāciju un apsalumu ir diezgan grūti. Viljams Lorenss, vecākais produktu vadītājs, šajā emuāra ziņojumā paskaidros vairāk.

Kad āra gaisa temperatūra ir pietiekami zema, nosūces gaiss tiek atdzesēts zem rasas punkta un uz siltummaiņa virsmām izkrīt kondensāts. Kad tas notiek temperatūrā, kas zemāka par sasalšanas temperatūru, mēs varam sagaidīt, ka izkritušais kondensāts veidos plānu ledus kārtiņu. Rotorā esošais apsalums rada problēmas, jo ierobežo gaisa plūsmu un būtiski palielina spiediena kritumu caur siltummaini, kā rezultātā palielinās ventilatoru enerģijas patēriņš. Turklāt, tā kā daļa no siltummaiņa ir bloķēta, tiek samazināta siltuma pārnese, tiek traucēta siltuma atgūšanas spēja.

Stacionārajos siltummaiņos, piemēram, plākšņu siltummaiņos, sarma sāk veidoties, tiklīdz siltummainī ieplūstošais āra gaiss nokrītas zem sasalšanas punkta, savukārt rotējošajos siltummaiņos sarmas veidošanās sākas pie ievērojami zemākas temperatūras. Tas ir saistīts ar rotora matricas rotāciju starp abām gaisa plūsmām, kas ļauj kondensātam vai sarmai iztvaikot rotora pieplūdes pusē. Skaidrojot, pie nosūces gaisa temperatūras 21°C un relatīvā mitruma <30%, sasalšana var sākties pie āra temperatūras zem -12C. Tomēr uz matricas nepārtraukti veidosies kondensāts vai sarma tikai tad, ja ir ūdens pārpalikums, kur nosūces pusē kondensējas vai sasalst vairāk ūdens, nekā var tikt uzņemts ar pieplūdes gaisu.

Higroskopisks pārklājums vai sorbcijas rotori 

Lielākajā daļā ēku iekštelpu mitrums aukstā laikā samazinās, un iekštelpu mitrums līdz 10% nav nekas neparasts, ja vien nenotiek mitrināšana. Ar tik zemu mitrumu izplūdes gaisā mēs parasti nevaram sagaidīt lieko ūdeni vai sarmu uz tradicionālā neapstrādātā alumīnija rotora. Tomēr tik zems mitruma līmenis nav komfortabls un ir pat neveselīgs. Rotori ar higroskopisko pārklājumu, ko parasti sauc par sorbcijas rotoriem, ir izdevīgi šajos klimatiskajos apstākļos, jo sorbcijas apstrāde absorbē mitrumu no izplūdes gaisa un pārnes to uz pieplūdes gaisu, ja vien nosūces gaiss satur mazāk mitruma nekā āra gaiss. Mitruma pārnešana notiek, pirms tas var kondensēties ūdens vai sala veidā. Citiem vārdiem sakot, rasas punkta temperatūra nepārtraukti pazeminās, kad nosūces puses temperatūra pazeminās. Tas nodrošina augstākminēto galveno priekšrocību, proti, apsarmojums radīsies pie daudz zemākas āra gaisa temperatūras.

Ja iepriekš minēto salīdzina ar vienkāršu alumīnija rotoru, mitruma pārnešana var notikt tikai tad, kad nosūces gaiss ir atdzesēts zem rasas punkta, lai mitrums kondensētos vai sasaltu uz rotora virsmas.

Ļaujiet Mollier diagrammai izskaidrot 

Šis ir nehigroskopisks rotors, kurā nosūces gaiss tiek atdzesēts ar nemainīgu mitruma saturu līdz temperatūrai aptuveni 4°C virs rasas punkta. Starp šo punktu un āra gaisa stāvokli tiek novilkta līnija. Ja šī līnija krustojas ar piesātinājuma līniju, veidosies kondensācija, kā redzams 1. attēlā. Ir pierādīts, ka šī metode labi korelē ar testēšanu mūsu laboratorijā. Šajā diagrammā ir parādīts vidējais izplūdes gaisa stāvoklis temperatūras efektivitātei 80%. Tā kā temperatūrā, kas ir ievērojami zemāka par sasalšanas temperatūru, notiek kondensāts, rotorā ir sagaidāms sals.

Higroskopiskajam rotoram, kura mitruma efektivitāte ir līdzīga temperatūras efektivitātei, rotorā veidosies lieks ūdens, kad līnija, kas novilkta starp nosūces un pieplūdes gaisa plūsmu, krustosies ar piesātinājuma līniju.

Šo Moljē diagrammas paņēmienu var izmantot, lai izveidotu diagrammu ar ierobežojošo āra temperatūru pie jebkura nosūces gaisa mitruma ar fiksētiem citiem parametriem. Pārbaude mūsu klimata kamerā ir parādījusi, ka šī pieeja atbilst realitātei. 

Izmantojot iepriekš minēto metodi, var izveidot diagrammu, kas parāda liekā ūdens un apsarmojuma robežas. Nosūces gaisa temperatūra parasti nemainās, tā tiek fiksēta pie 21°C. Rotora temperatūras efektivitāte ir 80%, un higroskopiskā jeb sorbcijas rotora mitruma efektivitāte ir gandrīz 80%. Āra gaisa relatīvais mitrums ir 80%.

Diagramma parāda, ka ūdens pārpalikums var rasties nehigroskopiskajos rotoros no 0°C un zemāk normālos telpas apstākļos, bet sorbcijas rotorā tas var rasties tikai tad, ja telpā ir ļoti augsts mitrums. Ja būs lieks ūdens, sasalšana sāksies aptuveni pie -8°C. Diagramma arī parāda, ka sorbcijas rotors var darboties pie ievērojami zemākas āra temperatūras un lielāka iekštelpu mitruma bez liekā ūdens problēmām, salīdzinot ar parasto alumīnija rotoru. 

Būtiskākie faktori, kas ietekmē kondensāciju un sasalšanu, ir nosūces gaisa mitrums un āra gaisa temperatūra, taču būtiska nozīme ir arī nosūces gaisa temperatūrai un rotora efektivitātei, tāpēc ir sarežģīti noteikt aizsalšanas risku.

Atkausēšana

Ūdens pārpalikums rotējošajos siltummaiņos parasti nav problēma lielākajā daļā ēku, jo nelielais radītais ūdens daudzums parasti tiek iztvaicēts, kad apstākļi atkal pārsniedz robežu. Turklāt ledus un sarmas veidošanās rotācijas siltummaiņos aizņem vairākas stundas. Tomēr ilgstoši aukstā laikā pastāv problēma, un tad ir divi veidi, kā to risināt. Viens veids ir sildīt āra gaisu, otrs ir kontrolēt rotora efektivitāti, lai nerastos apsalums. Attiecībā uz pēdējo ir iespējams izmērīt spiediena kritumu un atkausēt rotoru, kad tas kļūst pārāk augsts, kas tiek darīts, samazinot rotācijas ātrumu, lai samazinātu efektivitāti. Pēc tam tiek paaugstināta izplūdes gaisa temperatūra, un vidējā temperatūra paceļās virs sasalšanas temperatūras. 

Jebkurā no divām alternatīvām ir jāpievieno siltums, bet tiek uzskatīts, ka ekspluatācijas izmaksas ir aptuveni vienādas. Vērts ievērot, ka ar priekšsildīšanas metodi ir svarīgi nodrošināt, lai arī āra gaiss netiktu pārāk uzkarsēts, kas ir lieka enerģijas tērēšana. Turklāt gaisa temperatūra pēc kalorifera ir rūpīgi jākontrolē, lai stāvoklis saglabātos uz kondensāta robežas. 

Temperatūras efektivitāte kā rotora rotācijas ātruma funkcija parasti atbilst formai, kas parādīta diagrammā zemāk. Parādīts, ka atkausēšanas kontroles funkcijas parasti samazina rotora ātrumu, kad tiek konstatēts apsalums. Kad vadības sistēma konstatē, ka apsalums ir izzudis, rotora ātrums atkal tiek palielināts. Temperatūras efektivitāte ir ievērojami samazināta palēninot ātrumu, bet ir svarīgi, lai rotors faktiski neapstājas, jo tad tiktu atkausēta tikai puse no rotora.

AHU Design 

Kā minēts iepriekš, mitruma un apsaluma rašanās ir atkarīga no vairākiem faktoriem, un nav viegls uzdevums precīzi noteikt, kur ir ierobežojumi noteiktam apstākļu kopumam. Par laimi, mūsu GOLD iekārtu piemeklēšanas programma AHU Design ir aprīkota ar jaudīgu algoritmu, kura pamatā ir mūsu pētījumi un testēšana. Tā automātiski aprēķina ierobežojumus un brīdina, ja pastāv pārmērīga mitruma un apsaluma risks. Tā arī informē, kad nepieciešams priekšsildītājs, un nodrošina šim sildītājam optimālu jaudu (parasti pie ārgaisa temperatūrām zem -30’C). 

Ar labu efektu var izmantot priekšsildītāju, īpaši ekstremālos apstākļos ar zemu āra temperatūru kopā ar mitru nosūces gaisu, tad rotoru var pārpildīt ar lieko ūdeni. Šajā brīdī var būt grūti atkausēt, izmantojot tikai rotora ātrumu. Priekšsildītājs ne tikai paaugstinās rotora vidējo temperatūru, bet arī samazinās pieplūdes gaisa relatīvo mitrumu, lai tas varētu absorbēt vairāk mitruma. Tas nozīmē, ka varēs izvairīties no liekā ūdens un apsalšanas. Tas ir parādīts 5. attēlā.

Moljē diagrammā ir parādīts, ka gaiss nav tik daudz jāuzsilda, lai izvairītos no liekā ūdens un apsaluma. Tas nozīmē, ka ir iespējams izmantot zemas temperatūras siltuma avotu, piemēram, urbumu ar priekšrocību, ka to var izmantot dzesēšanai vasarā. Protams, siltumnesējam ir jābūt aizsargātam no sasalšanas!

Tā kā sildītājs tiktu izmantots tikai nelielu stundu skaitu gadā, elektriskais sildītājs varētu būt pievilcīgāks risinājums zemāku uzstādīšanas izmaksu dēļ. Ļaujiet mums atgriezties pie tā vēlākā posmā. Apmeklējiet mūsu ceļvežus un emuārus, lai iepazītos ar gaiss-gaiss enerģijas atgūšanu un sorbcijas rotoriem.