 |
| Rys. 1. Regenerator – schemat |
Konstrukcja wymiennika obrotowego do odzysku ciepła to wirnik wypełniony odpowiednią masą zdolną do szybkiego pochłaniania ciepła lub ciepła i wilgoci, obracający się w obudowie podzielonej na dwie części: wywiewną i nawiewną, do której przyłączane są kanały wentylacyjne. Przepływające przez wirnik powietrze usuwane, cieplejsze niż powietrze świeże, ogrzewa masę akumulacyjną, gdy znajduje się ona w tym strumieniu powietrza. Z chwilą gdy wirnik obróci się, masa akumulacyjna, ogrzana powietrzem usuwanym, znajdzie się w strumieniu powietrza świeżego, chłodniejszego niż wirnik, któremu odda zmagazynowane ciepło (rys. 1).
Masą akumulującą ciepło może być aluminium, stal, materiały ceramiczne lub specjalne materiały, których skład jest tajemnicą producenta (dotyczy to głównie wymienników obrotowych wymieniających nie tylko ciepło, ale także wilgoć). Dostępne są wymienniki mogące pracować w temperaturze nawet do 650°C, w których masa akumulacyjna wykonana jest ze stali nierdzewnej.
W klimatyzacji wypełnienie wirnika wykonane jest z cienkiej blachy aluminiowej, grubości od 0,07 do 0,15 mm, uformowanej tak, żeby tworzyła wiele małych kanalików o swobodnym przekroju przepływu powietrza wynoszącym ok. 2 mm2. W ten sposób uzyskuje się dużą powierzchnię kontaktu masy akumulującej z przepływającym przez nią powietrzem.
 |
| Rys. 2. Schemat instalacji z regeneracyjnym wymiennikiem ciepła |
Podczas przepływu powietrza przez wirnik wymiennika oprócz temperatury ulega zmianie także zawartość wilgoci. Przy wypełnieniu niehigroskopijnym zmianę wilgoci można pominąć, ale tam, gdzie taka wymiana wilgoci jest potrzebna, masa higroskopijna umożliwia dyfuzję wilgoci z powietrza wilgotniejszego do powietrza suchego; proces ten zachodzi bez wykraplania się pary wodnej na powierzchni wymiennika. Jednak gdy temperatura powietrza zewnętrznego spadnie poniżej pewnej wartości (ok. –10°C), może nastąpić wykroplenie pary i zamarznięcie wody w kanalikach powietrznych, co jest przyczyną zmniejszenia sprawności wymiany ciepła. Aby temu zapobiec, stosuje się wstępne podgrzanie powietrza zewnętrznego.
Sprawność regeneracyjnego wymiennika ciepła można określić następującymi zależnościami:
dla powietrza zewnętrznego:
dla powietrza usuwanego:
gdzie:
t – temperatura powietrza [°C],
x – zawartość wilgoci [g/kg],
h – entalpia powietrza [kJ/kg],
η – sprawność.
 |
| Fot. 1. Wymiennik obrotowy, Fot. Klingenburg |
Sprawność poszczególnych typów i wielkości wymienników zawarta jest w przedziale 75–95%. Zależy ona od rodzaju wypełnienia wirnika, szybkości obrotowej i strumienia powietrza. Maksymalną sprawność osiąga się przy prędkości obrotowej wirnika do 0,17 s–1 i prędkości przepływu powietrza przez wirnik 1–5 m/s. Przy takich prędkościach opór przepływu powietrza wynosi 50–300 Pa.
Aby sprawdzić, w jakim stopniu zastosowanie wymiennika obrotowego w instalacji klimatyzacyjnej może wpływać na zakażenie powietrza świeżego np. bakteriami zawartymi w powietrzu usuwanym, wykonano odpowiednie badania. Do powietrza wywiewanego przed wymiennikiem doprowadzano różne ilości bakterii, a następnie po 5, 10, 30 i 60 minutach wykonywano pomiary w powietrzu nawiewanym (przed wymiennikiem i za nim) oraz w powietrzu usuwanym za wymiennikiem. Wykazano bardzo mały stopień przenoszenia bakterii do powietrza świeżego. A zatem potwierdzono możliwość stosowania wolnoobrotowych wymienników regeneracyjnych także w instalacjach szpitalnych.
Stosowanie wymienników regeneracyjnych umożliwia zmniejszenie zużycia ciepła w wentylacji, a także zimna w urządzeniach klimatyzacyjnych. Przy higroskopijnym wypełnieniu wirnika odzyskujemy także w warunkach zimowych znaczne ilości wilgoci, co pozwala zmniejszyć moc nawilżaczy. Szeroki zakres temperatur i rodzajów gazów, z których można odzyskać ciepło bez niebezpieczeństwa zanieczyszczenia powietrza świeżego, powoduje, że opisane wymienniki są coraz powszechniej stosowane w praktyce.
Literatura
1. Kosieradzki J., Odzysk ciepła w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, „Nowa technika w inżynierii sanitarnej” nr 10, Arkady 1979.
2. Recknagel, Sprenger, Schramek, Kompendium wiedzy Ogrzewnictwo, Klimatyzacja, OmniScala 2008.
3. www.klingenburg.pl.
