większą powierzchnią wymiany ciepła

Duża kapacytancja wymiany ciepła


Dla dużej kapacytancji wymiany ciepła potrzebujemy dużej powierzchni wymiany ciepła ścianki działowej. Do tego celu rekuperator może być duży, przewody małe, a każdy przewód pierwotny otoczony przez przewody wtórne i na odwrót. Użycie przewodów z dwukrotnie mniejszą średnicą pozorną daje taki sam efekt, jak podwojenie średnicy rekuperatora. Powierzchnia wymiany ciepła jest odwrotnie proporcjonalna do średnicy zastępczej.


Aby zwiększyć kapacytancję wymiany ciepła, można zwiększyć transfer właściwy ciepła przez ściankę. Dlatego też musimy zwiększyć wymianę ciepła z masowego przepływu do ścianki. Można to osiągnąć przez przepływ masowy, przepływ wirowy, przepływ masowy do ścianki lub przez przewodność w przepływie laminarnym. W przepływie laminarnym potrzebujemy małej odległości między przepływem masowym a ścianką, tak by spadek temperatury ze względu na przewodzenie ciepła był niski. Ogólny współczynnik transferu ciepła jest odwrotnie proporcjonalny do średnicy pozornej przewodu. Kapacytancja wymiany cieplnej jest więc odwrotnie proporcjonalna do kwadratu średnicy pozornej przewodu dla przepływu laminarnego, więc małe przewody szybko doprowadzają do dużej kapacytancji wymiany ciepła.
Prostym sposobem otoczenia każdego przewodu pierwotnego przez przewody wtórne jest zastosowanie przewodów prostokątnych lub trójkątnych. Przewody trójkątne mają przewagę nad kwadratowymi, ponieważ charakteryzują się większą kapacytancją wymiany ciepła przy tym samym spadku ciśnienia i stabilną konstrukcją bez nakładania się. Prostokątny kształt prowadzi do niestabilności mechanicznej i niewspółosiowości przewodów. Kształt płytkowy (skrajnie wydłużony przewód prostokątny) również prowadzi do niestabilnej mechanicznie konstrukcji.


Trójkątny kształt może być precyzyjnie produkowany, tworząc stabilny mechanicznie produkt, bez strat powodowanych przez niewspółosiowość.

Jeśli nakładanie się lub niewspółosiowość jest translacją (patrz rys. 1), maksymalne zmniejszenie powierzchni wymiany ciepła jest następujące:

  • prostokąt 50%
  • trójkąt – brak
  • płytka – brak

Rysunek 1. Zmniejszenie powierzchni wymiany ciepła z powodu niewspółosiowości translacji nakładania się.


Teoretyczne wartości można uzyskać z praktycznego rekuperatora w przypadku trójkąta, ale w przypadku prostokątnej geometrii przewodów niezbędne jest nakładanie się przewodów co najmniej o grubość materiału i niewspółosiowość wynosząca co najmniej tyle, co nakładanie się tych dwóch przewodów, natomiast rekuperator płytkowy nie może być produkowany bez przekładek między płytkami, ponieważ konstrukcja będzie całkowicie niestabilna.


Na rys. od 2 do 10 pokazane są wyniki przy równym spadku ciśnienia dla minimalnego praktycznego nakładania się przy geometrii prostokątnej oraz minimalna ilość przekładek przy geometrii płytkowej. Kapacytancja wymiany ciepła jest teraz o 37% wyższa dla geometrii trójkątnej, niż dla prostokątnej; patrz rys. 2.

Rysunek 2. Porównanie praktycznej maksymalnej kapacytancji wymiany ciepła rekuperatora 39-litrowego z przewodami trójkątnymi, prostokątnymi i płytkami.


Objętość materiału jest o 48% większa dla prostokątnej geometrii przewodów, niż dla trójkątnej, i nawet o 71% większa, niż dla konfiguracji płytkowej; patrz rys. 3.

 

Rysunek 3. Porównanie objętości materiału do rekuperatora 39-litrowego z przewodami trójkątnymi, prostokątnymi i płytką.


Sprawność konfiguracji trójkątnej w porównaniu z praktyczną maksymalną konfiguracją prostokątną jest większa o 3%; patrz rys. 4.


Rysunek 4. Porównanie praktycznej maksymalnej sprawności rekuperatora 39-litrowego z przewodami trójkątnymi, prostokątnymi i płytkami.

Roczne oszczędności konfiguracji trójkątnej w porównaniu z praktyczną maksymalną konfiguracją prostokątną są większe o około 3%; patrz rys. 5.

 

Rysunek 5. Porównanie praktycznych rocznych oszczędności rekuperatora 39-litrowego z przewodami trójkątnymi i prostokątnymi.

Roczne oszczędności netto konfiguracji trójkątnej w porównaniu z praktyczną konfiguracją prostokątną są większe o 6%; patrz rys. 6.

 

Rysunek 6. Porównanie praktycznej maksymalnych rocznych oszczędności netto rekuperatora 39-litrowego z przewodami trójkątnymi, prostokątnymi i płytką.


Chociaż różnica sprawności wynosząca 4% może wydawać się mała, ma duży wpływ na poziom komfortu, ponieważ różnica temperatur dostarczanego świeżego powietrza i powietrza w pomieszczeniu staje się zbyt duża i jest odczuwana jako przeciąg.


Tylko rekuperatory z trójkątnymi przewodami zapewniają temperatury świeżego powietrza w zakresie komfortu i maksymalnymi oszczędnościami netto w ciągu roku!