Wichtige technische Elemente, die sich auf die Energieeffizienz auswirken

Verständnis der Energierückgewinnung in Rotationswärmetauschern – wichtige technische Elemente, die sich auf die Energieeffizienz auswirken

Wärmerückgewinnungssysteme lassen sich anhand der thermischen Parameter des Systems in zwei Kategorien einteilen: Systeme zur Energierückgewinnung und -umwandlung aus Abwärme mit hohen thermischen Parametern (über 70).^oC) und Systeme zur Energierückgewinnung und -umwandlung aus Abwärme mit niedrigen thermischen Parametern (unter 70).^oC).

Wärmerückgewinnungs- und Energieumwandlungssysteme über 70^oC wird in technologischen Prozessen in der Energie-, Lebensmittel-, Chemie- und anderen prozessbasierten Industrien eingesetzt, bei denen große Mengen an Abwärme freigesetzt werden.Diese Abwärme mit hohen thermischen Parametern kann zur Verbesserung der Energie- und Wirtschaftseffizienz von Unternehmen genutzt werden, indem die Luft direkt in Lüftungsanlagen erhitzt wird oder indem technologische Prozesse, die höhere Temperaturen erfordern (z. B. die Wärmequelle für Wärmepumpen zur Pasteurisierung in der Lebensmittelindustrie, oder zur Stromerzeugung in den organischen Rankine-Cycle- oder Kalina-Cycle-Systemen).Abwärme mit solch hohen thermischen Parametern kann auch für Kälte- und Klimatisierungsprozesse genutzt werden (z. B. Umwandlung thermischer Energie in gekühltes Wasser mithilfe von Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen).

Wärmerückgewinnungs- und Energieumwandlungssysteme unter 70^oC werden am häufigsten für Heizzwecke in Wohngebäuden (z. B. Fußbodenheizung mit Wärmepumpen) oder gewerblichen Gebäuden (z. B. in Lüftungsgeräten (AHU) zur Erwärmung „frischer“ oder „Außenluft“ durch Rückgewinnung von Wärme aus „verbrauchter“ Luft verwendet “ oder „Abluft“).Dieser Artikel konzentriert sich auf gewerbliche Gebäudeanwendungen.

Wärmerückgewinnungssysteme in Lüftungsgeräten basieren auf zwei Systemen, die je nach Art der bei der Gerätekonstruktion gewählten Lösung Strom verbrauchen (aktive Systeme) oder nicht (passive Systeme).Zu den aktiven Wärmerückgewinnungssystemen in Lüftungsgeräten zählen beispielsweise Systeme auf Basis von Rotationswärmetauschern oder reversiblen Wärmepumpen.Passive Wärmerückgewinnungssysteme umfassen Kreuz- und Sechskantwärmetauscher.Charakteristisch für die Wärmerückgewinnung in Lüftungssystemen ist, dass die Wärme bei kleinen Temperaturunterschieden zwischen dem Luftstrom mit höherer Temperatur und dem Luftstrom mit niedrigerer Temperatur zurückgewonnen wird, wobei die Luft mit höherer Temperatur selten 30 °C überschreitet^oC (bei Gewerbegebäuden erfolgt die Wärmerückgewinnung auch bei niedrigeren Lufttemperaturen).

Am häufigsten erfolgt die Wärmerückgewinnung in Lüftungs- und Klimaanlagen mit Rotations- oder Kreuzstromwärmetauschern (sechseckig), seltener mit Wärmepumpen.Rotationswärmetauscher werden in RLT-Geräten eingesetzt, in denen ein Massenaustausch zwischen Einlass- und Auslassluft im RLT-Gerät zulässig ist (normalerweise handelt es sich hierbei um öffentliche Gebäude).Kreuzstrom- und Sechskantwärmetauscher werden in Lüftungsanlagen eingesetzt, in denen kein Stoffaustausch zwischen Frisch- und Abluft möglich ist (z. B. Krankenhäuser).Reversible Wärmepumpen werden eingesetzt, wenn Zuluft mit hoher Temperatur zu Heizzwecken benötigt wird.

Massen- und Energiebilanz von Wärmetauschern in Lüftungsgeräten

Bei der Berechnung der Leistung von Rotationswärmetauschern zur Wärmerückgewinnung in Lüftungsgeräten ist neben der Energiebilanz auch eine entsprechende Massenbilanz erforderlich.Im Folgenden finden Sie Energie- und Massenbilanzgleichungen für stationäre Strömungsbedingungen mit der folgenden Annahme.Periodische Parameteränderungen, die sich aus der Rotationsbewegung des Wärmetauschers ergeben, werden in die Gesamtenergie- und Feuchtigkeitsbilanz gemittelt – das heißt, periodische lokale Änderungen von Temperatur und Feuchtigkeit auf der Oberfläche des rotierenden Rads sind unbedeutend und werden daher in den Berechnungen nicht berücksichtigt.

a) Massen-, Konzentrations- und Energiebilanz für Rotationswärmetauscher: