Принцип работы рекуператора зимой
Теплообмен между воздушными потоками
В морозную погоду холодный приточный воздух нагревается в рекуператорах за счет тепла удаляемого воздуха. Чем холоднее приточный воздух и чем выше эффективность рекуперации, тем сильнее охлаждается удаляемый воздух.
Влияние температуры на эффективность рекуперации
Физика образования конденсата и льда
Процесс конденсации влаги
При движении потока удаляемого воздуха внутри каналов рекуператора конденсация влаги происходит как на поверхности каналов рекуператора, так и в объеме потока. На поверхности каналов конденсат осаждается в виде жидкости или инея, в зависимости от температуры поверхности, а в объеме потока формируется туман из капелек или кристаллов льда в зависимости, соответственно, от локальной температуры воздуха.
Образование инея и льда
Туман движется вместе с потоком воздуха, но за счет диффузии и локальных завихрений частицы тумана в потоке перемещаются в том числе и поперек потока и могут касаться поверхности. Если туман сформирован капельками, то они при касании поверхности осаждаются на ней и дальше с потоком не переносятся.
Движение конденсата в воздушных потоках
Поскольку температура поверхности всегда ниже по сравнению с температурой удаляемого воздуха, соответственно есть зоны, где температура поверхности уже ниже 0°С, а средняя температура потока еще выше 0°С. В таких зонах капельки, касаясь поверхности, замерзают, приводя к интенсивному обмерзанию этих зон.
Капельки, которые не коснулись поверхности, при достижении удаляемым воздухом отрицательных температур замораживаются в кристаллы льда и при дальнейшем движении по каналу, в случае если они будут достигать поверхности, уже не будут к ней прилипать. То же самое относится к влаге, выделившейся при отрицательной температуре воздуха в виде объемной десублимации сразу в твердом виде, минуя жидкую фазу. Далее туман, сформированный кристаллами льда, не осаждаясь на поверхности, уносится из рекуператора с потоком воздуха.
Почему ВСЕ рекуператоры обмерзают?
Процесс обмерзания рекуператора в зонах с отрицательными температурами и воздуха, и поверхности каналов происходит за счет десублимации избыточной влаги из пристеночного слоя потока удаляемого воздуха на поверхность канала рекуператора сразу в виде инея.
Работа в таком режиме в конечном итоге обязательно приводит к обмерзанию и перекрытию каналов рекуператора.
Данный физический процесс обмерзания, по существу, протекает одинаковым образом во всех типах рекуператоров. Это означает, что все типы рекуператоров при морозах подвержены обмерзанию.
Критические температуры обмерзания
Факторы влияния на точку обмерзания
Формула расчета критической температуры
Критическая температура, т.е. такая температура приточного воздуха, начиная с которой возникает риск обмерзания рекуператора, зависит от следующих факторов: температура и влажность удаляемого воздуха, эффективность теплообмена, массовое отношение воздушных потоков на притоке и вытяжке, конструктивные особенности рекуператора. Критическую температуру обычно рассчитывают для сбалансированной вентиляции, когда расход приточного воздуха равен расходу удаляемого воздуха.
Критическая температура определяется по уравнению:
Ткрит=Тпомещ×(1–1/КПД)
Самый оптимистичный, при этом простой, расчет делается из соображений, чтобы температура удаляемого воздуха на выходе из рекуператора была не ниже 0°С. Тогда критическая температура определяется по уравнению:
Ткритич = Тпомещ * (1 — 1/КПД).
На графике приведен результат расчетов по этой формуле для разных по эффективности рекуператоров. Видно, что чем большим КПД обладает рекуператор, тем он более критичен к морозам.
Особенности пластинчатых рекуператоров
Традиционные пластинчатые рекуператоры более подвержены обмерзанию, чем роторные. Дело в том, что в пластинчатых рекуператорах есть зоны, так называемые «холодные углы», в которых приточный воздух еще не нагрелся, а удаляемый уже охладился. Поэтому в них обмерзание начинается при еще более теплом приточном воздухе.
Надо учитывать, что этот прогноз критической температуры оптимистичный, поскольку рассчитан для температуры 0°С удаляемого воздуха. Но для того, чтобы охладить воздух до 0°С, температура поверхности должна быть еще ниже 0°С. То есть обмерзание рекуператоров начинается при более теплом приточном воздухе, чем рассчитано по приведенной формуле.
Уникальные особенности рекуператора GYPLAR
Принцип самооттаивания
Поскольку наш рекуператор по сути является пластинчатым противоточным рекуператором, то в нем также происходит обмерзание поверхностей с температурой ниже 0°С. Однако, поскольку он вращается, то сектор, который начал обмерзать, через некоторое время оказывается в зоне входа теплого удаляемого воздуха. Этот сектор нагревается и оттаивает. Полное обмерзание рекуператора GYPLAR произойдет только в том случае, если в зоне входа теплого удаляемого воздуха поверхность теплообмена не нагреется достаточно для полного оттаивания изморози.
Температурная устойчивость
На графике приведен результат расчетов зависимости температур приточного и удаляемого воздуха, при котором поверхность теплообмена в теплом секторе рекуператора GYPLAR прогреется до +3°С, что достаточно для полного оттаивания. Расчет проведен для стандартной эффективности унифицированного блока рекуперации GYPLAR, которая составляет 70%. В расчете также принимается равенство массовых расходов приточного и удаляемого воздуха. Выделение теплоты при конденсации и десублимации водяного пара не учитывается. Видно, что для температуры в помещении +20°С критическая уличная температура, при которой он может обмерзнуть, составляет -90°С. При более низкой температуре приточного воздуха возникает риск обмерзания рекуператора GYPLAR, но в реальности таких морозов не бывает!
Влияние влажности на работу
Для рекуператора GYPLAR повышение влажности удаляемого воздуха обеспечивает дополнительный поток тепла, выделяющегося при конденсации влажного воздуха в зоне, где происходит оттаивание изморози. Тем самым еще больше расширяя границы применимости рекуператора GYPLAR по температуре приточного воздуха!
Автор экспертной статьи
Фёдоров Владимир
Опытный инженер-изобретатель с опытом работы более 25 лет. Автор более десятка патентов в областях: тепло- и массообменные технологии для мокрой очистки газов, двигательные установки для микроспутников и системы рекуперации. Обладает опытом успешного внедрения своих разработок в реальные проекты как на Земле, так и в космосе.Хотите узнать больше о рекуператорах GYPLAR и их уникальной системе саморазморозки? Наши специалисты с радостью помогут вам.
