Przez wymienniki do odzysku ciepła rozumie się „urządzenia lub zespoły urządzeń, które przenoszą ciepło, a w szczególnych przypadkach wilgoć pomiędzy strumieniami powietrza tłoczonego i zasysanego, w zależności od różnicy poziomów temperatury i wilgotności” [1]. Do realizacji tych procesów wykorzystywane są urządzenia rekuperacyjne oraz regeneracyjne.
Zasada działania regeneratorów opiera się na okresowym naprzemiennym omywaniu przez strumienie powietrza o wysokiej i niskiej temperaturze powierzchni z materiału stałego w okresach tworzących tzw. cykl pracy regeneratora. Urządzenia te są przełączane okresowo, zatem procesy wymiany ciepła są nieustalone – temperatura strumienia powietrza w danym przekroju jest zmienna w czasie.
W urządzeniach działających na zasadzie rekuperacji wymiana ciepła następuje za pomocą ścianki/przepony szczelnie rozdzielającej oba strumienie powietrza lub przy wykorzystaniu czynnika pośredniego stanowiącego medium transportujące ciepło. Normalna praca tych urządzeń, oprócz okresu rozruchu, może się odbywać w ustalonym lub nieustalonym polu temperatur. Na rys. 1 przedstawiono ideowy schemat działania wymiennika do odzysku ciepła według ASHRAE.
Skuteczność pracy wymienników do odzysku ciepła określa się najczęściej na podstawie dwóch wielkości: efektywności oraz sprawności wymiennika. Sprawność wymiennika można określić, porównując temperatury (lub entalpie) poszczególnych strumieni powietrza dopływających do wymiennika i odpływających z niego. Wielkość ta jest powszechnie stosowana przy opisie oraz projektowaniu większości typów wymienników ciepła w szerokim zakresie parametrów ich pracy.
Z kolei efektywność wymiany ciepła uwzględnia uzyskiwane zmiany parametrów czynnika w odniesieniu do ponoszonych kosztów ich uzyskania. Powszechnie przyjmuje się, że współczynnik efektywności skutecznie opisuje uzyskiwane wydajności cieplne urządzeń dla celów projektowych i umożliwia wybór najlepszego rozwiązania [3]. Dobrą efektywność można uzyskać tylko przy możliwie wysokiej sprawności i minimalnych ponoszonych w tym celu kosztach.
Skuteczna praca wymienników do odzysku ciepła zależy od wielu czynników. Są to: odpowiednie warunki przepływu strumieni powietrza przez wymiennik, zastosowane materiały i rozwiązania konstrukcyjne, ale również odpowiednia różnica temperatur na wlotach do wymiennika.
Stanowiska badawcze
W związku z bardzo ogólnymi i niejednolitymi informacjami w literaturze branżowej oraz ograniczonymi danymi w przypadku wielu wymienników w Instytucie Klimatyzacji i Ogrzewnictwa Politechniki Wrocławskiej i w laboratorium jednej z krajowych firm z branży wentylacyjnej zbudowano stanowiska badawcze, na których można przeprowadzić pomiary porównawcze i indywidualne urządzeń do odzysku ciepła, by na ich podstawie móc ocenić skuteczność działania tych urządzeń w różnych warunkach.
Schemat stanowiska powstałego w budynku C-6 Politechniki Wrocławskiej przedstawiono na rys. 2, a na rys. 3 pokazano stanowisko badawcze zbudowane w laboratorium firmy współpracującej z Instytutem.
W Instytucie Klimatyzacji i Ogrzewnictwa PWr badano trzy wymienniki do odzysku ciepła:
- wymiennik krzyżowo-płytowy typu PWT 10/800/450-9,0,
- grawitacyjną rurkę ciepła (termosyfon dwufazowy) typu TCCAF-640-T7-6-F25-E7,
- regeneracyjny obrotowy wymiennik ciepła typu RRU-PT-D19-800/900-715.
W ramach badań dodatkowo na drugim stanowisku mierzono parametry pracy regeneracyjnego nieobrotowego wymiennika ciepła typu BA-19-500-0600x1300-V-G1. Wymiennik ten wykonany jest z dwóch złóż regeneracyjnych pracujących równolegle, przez które cyklicznie przepływa powietrze ciepłe (faza ładowania) oraz chłodne (faza rozładowania). Zmiana kierunku przepływu strumieni powietrza wymuszana jest przepustnicami. Budowa stanowiska i idea jego działania są analogiczne do tego znajdującego się w IKO PWr, jednakże badanie ograniczono jedynie do jednego wymiennika ciepła.
Na obydwu stanowiskach wymienniki podlegały badaniom w cyklach 24-godzinnych. Wydajność wentylatora na stanowisku w IKO PWr regulowana była płynnie co 100 m3/h (w laboratorium firmy współpracującej z IKO ustalono stałą wydajność wentylatora wynoszącą 1200 m3/h), następnie realizowano pomiar parametrów powietrza: tZ, fZ, tN, fN, tW, fW, tU i fU.
