1. Wstęp

• • 
    

                W artykule [ 8 ] zasygnalizowano już celowość  promowania rekuperatorów przeciwprądowych, oraz celowość rezygnacji ze stosowania rekuperatorów krzyżowych  - pomimo tego, że większość publikacji opisuje jeszcze układy wentylacyjne z rekuperatorami krzyżowymi, np.  [1, 4, 5, 7, 9]. 

    Zwolennicy dalszego stosowania rekuperatorów krzyżowych  czasami mówią  o sobie że nie są bezkrytycznymi entuzjastami rekuperatorów przeciwprądowych i w podtekście sugerują, że osoby promujące rekuperatory przeciwprądowe pozbawione są krytycyzmu i racjonalnej oceny możliwości ich zastosowania. Zwolennicy rekuperatorów krzyżowych dla uzasadnienia swojego poglądu  używają argumentu, że w przypadku rekuperatorów przeciwprądowych  konieczne jest występowanie znacznie większych strat ciśnienia niż w przypadku rekuperatorów krzyżowych, a także niewspółmiernie większych takich strat, niż straty ciśnienia występujące w wentylacyjnych regeneratorach obrotowych, o których napisano  między innymi w artykułach  [3,  9].

                W artykule [ 8 ] wykazano już wyższość  szeregowo połączonych podwójnych rekuperatorów krzyżowych nad rekuperatorami  pojedynczymi  –  pomimo tego, że właśnie w przypadku takiego szeregowego połączenia dwu rekuperatorów występuje szczególnie duży wzrost tych strat ciśnienia. Tutaj można jeszcze  dodać, że wyższość podwójnych rekuperatorów krzyżowych nad rekuperatorami pojedynczymi wynika z przejścia  z odcinka   „b” na krzywej pokazanej na Rys. 1 , to jest dla sprawności temperaturowej  zawierającej się w granicach  od 65 % do 70 %   -  do odcinka  „c”  tej sprawności  -  zawierającej się w granicach od 47% do 54 %. 

    Krzywa pokazana na Rys. 1  przedstawia zależność współczynnika korekcyjnego  r_E  od sprawności temperaturowej E.  Współczynnik korekcyjny  r_E  stosowany jest we wzorze  ( 1 )  - określającym strumień ciepła przekazywanego w wymienniku krzyżowym, i  uwzględnia  - niekorzystne dla  wymiany ciepła  -  pole temperatury w takim wymienniku.     Krzywa pokazana na Rys. 1. – jako jedna z wielu krzywych  - i dotycząca najmniej złożonego (najłatwiejszego) przypadku pola temperatury w krzyżowym wymienniku ciepła  -   opracowana została przez Nusselta i już od wielu dziesięcioleci dostępna jest w podręcznikach  -  między innymi w podręczniku [ 6 ]. Natomiast dodatkowe 20 punktów  zaznaczonych na tym wykresie (Rys. 1)  w niewielkim rozproszeniu od tej krzywej - opisane zostaną w dalszej części niniejszego artykułu.

                            Q  =  r_E  k  F  (t_sw – t_sz)                       W                        ( 1 )

                We wzorze  ( 1 ) ponadto oznaczono;

    k     -  współczynnik przenikania ciepła,                                             W/m² K

    F    -  powierzchnia wymieniająca ciepło                                               m²

    t_sw - średnia temperatura płynu oddającego ciepło  (tutaj średnia w rekuperatorze temperatura       powietrza wyrzucanego do atmosfery  - pomijając okres upalny i uwzględniając tylko okres, w którym temperatura powietrza zewnętrznego jest  niższa od temperatury wentylowanego pomieszczenia)                                                    ^oC

    t_sz  - średnia  temperatura  płynu  przyjmującego  ciepło (tutaj średnia w rekuperatorze temperatura powietrza świeżego  dla w/w okresu w roku                            oC

                Natomiast umiejscowienie  w/w przedziałów  „b” i „c” na krzywej pokazanej na Rys. 1. wynika  stąd,   że w przypadku łącznej sprawności temperaturowej dwu szeregowo

    

          

         Rys. 1. Zależność współczynnika korekcyjnego r_E od sprawności temperaturowej E dla najmniej złożonego przypadku  krzyżowego wymiennika  ciepła           

     

    połączonych rekuperatorów krzyżowych  -  zawierającej się przedziale od 65 % do 70 %  -  każdy z tych rekuperatorów będzie posiadał własną odrębną  sprawność  zawierającą się w granicach od 47 % do 54 %.

     Dla większej klarowności niżej przedstawionego uzasadnienia tego umiejscowienia  –  przyjęto tutaj (a także w  przypadku pozostałych porównań  w niniejszym artykule), że  powietrze wywiewane o temperaturze 20 ^oC    dopływające do rekuperatora  -  posiada wilgotność 30 %, i nie występuje tutaj wykraplanie pary wodnej. Podobnie przyjęto też, że strumień powietrza wywiewanego jest równy strumieniowi powietrza zewnętrznego. Dzięki temu, oraz w/w wilgotności, uproszczony wykres temperatury pokazany na Rys. 2 tworzą dwie proste równoległe.  Na wykresie tym na osi poziomej można odmierzać  milimetrach  drogę  L, którą przebywa powietrze w szczelinach między płytami takiego rekuperatora.

    Jeżeli więc np. dla takiego uproszczonego układu temperatury, jaki  pokazany jest  na wykresie na Rys. 2,  dla -  schematycznie  przedstawionego na Rys. 3 – rekuperatora podwójnego jego całkowita sprawność wynosi  70 %, co wynika ze wzoru

                            E_dz =  (t_z2 – t_z1) / (t_w1 – t_z1)                   -                   ( 2 )

    to własna odrębna sprawność każdego z tych rekuperatorów krzyżowych wchodzących  w skład tego duetu wynosi 53,8  %,  co między innymi wynika także ze wzoru

                            E_kz = (t_z3 – t_z1) / (t_w3 – t_z1)                    -                   ( 3 )

    Oznaczenia przyjęte we wzorach ( 2 ) i ( 3 ) zdefiniowane są na  Rys. 2 i Rys. 3, przy czym t_z1 , t_z2 , t_z3  - dotyczą temperatury powietrza zewnętrznego, natomiast t_w1 , t_w2 , t_w3  - dotyczą temperatury powietrza wywiewanego.

    Dla całego możliwego przedziału sprawności temperaturowej  E_dz  i  E_kz  - to jest od  zera do  100 % - w Tabeli 1 zestawiono, oraz na Rys. 4  pokazano, zależność sprawności jednego z dwu rekuperatorów krzyżowych E_k  (tutaj równa jest wartościom  E_kz )  od łącznej sprawności temperaturowej obu rekuperatorów    E_d  (tutaj równa jest wartościom E_dz )  -  jako całości układu  dwóch rekuperatorów krzyżowych. 

     
    

            Rys. 2. Uproszczona zależność temperatury powietrza w podwójnym  rekuperatorze  krzyżowym od  drogi przebytej przez to powietrze.

                                             

           Rys. 3.  Oznaczenia  temperatury w podwójnym rekuperatorze krzyżowym

     

    Pojawia się pytanie:   dlaczego tak wąski jest w/w przedział sprawności  (E_d) -  zawierający się w granicach od 65 % do 70 % ,  który na Rys. 4 zakreskowano prawoskośnie?  Wynika to stąd, że dolna jego granica nie może  już posiadać niższej wartości, gdyż raczej zgodne są opinie, że niższe wartości sprawności temperaturowej nie mogą być uznane jako zalecane do zastosowania - nawet w wyjątkowych warunkach jakiejś instalacji wentylacyjnej.  Górna granica tego przedziału – to jest sprawność 70 % - wynika z górnej granicy sprawności dla której dotychczas powszechnie było przyjęte, że można  było stosować pojedyncze   rekuperatory  krzyżowe -  a w porównaniu z walorami   właśnie tych pojedynczych rekuperatorów wykazywano w artykule [ 8 ] przewagę walorów podwójnych rekuperatorów krzyżowych. 

    Gdyby w dalszym ciągu godzić się z  dotychczas  raczej powszechnie uznawaną  regułą  - że dla pojedynczego rekuperatora  krzyżowego sprawność temperaturowa może przyjmować wartość  nawet 70 % i nanieść tę wartość  na pionowej osi wykresu na Rys. 4, to znacząco  poszerzony zostanie obszar dotychczasowego zastosowania takich rekuperatorów, gdyż wartości 70 % na osi pionowej dla tej krzywej odpowiada na osi poziomej wartość  aż  około 83 %. Stąd obszar zakreskowany na tym wykresie lewo skośnie jest ponad dwukrotnie szerszy od obszaru zakreskowanego prawo  skośnie.

    Na wykresie tym obszar zakreskowany  pionowo  obrazuje przyrosty wartości sprawności temperaturowej uzyskane dzięki zastosowaniu rekuperatora podwójnego zamiast rekuperatora pojedynczego   -   jako różnicę

                ΔE =  E_d – E_k                                 -                   ( 4 )

    Wartości te zestawione są w Tabeli 1 w kolumnie 3.    Jednak bardziej miarodajnym wskaźnikiem (chociaż  w dalszym ciągu tylko częściowym – ze względu na pomijanie w tym fragmencie oceny w/w zagadnienia wzrostu  strat ciśnienia) jest względna wartość tej  różnicy określonej wzorem  ( 4 )   –  to jest odniesionej do „początkowej” wartości sprawności  -  to jest do E_k,  jako iloraz

                            h  =  ΔE /  E_k                              -                   ( 5 )

     

    Tabela 1. Zestawienie  sprawności temperaturowej  rekuperatorów krzyżowych podwójnych oraz sprawności temperaturowej ich rekuperatorów składowych

         

        W Tabeli 1 w kolumnie  4 zamieszczone są wartości uzyskane ze wzoru  ( 5 ). Natomiast na wykresie  pokazanym na Rys. 4 tworzą one krzywą  (prostą) h  = f (E_d).   Prosta ta jest bardzo szybko malejąca, i o ile dla sprawności E_d = 70 % wskaźnik  h = 30 % , to dla sprawności E_d = 80 % wartość tego wskaźnika  h wynosi już tylko 20 %.

    W artykule [ 8 ]  nadmieniono już, że uzyskany tam dla sprawności temperaturowej 64 % stosunek ciężaru pojedynczego rekuperatora krzyżowego do  ciężaru równoważnego rekuperatora podwójnego – wynoszący około 1,44  -  jest zaskakująco wysoki, gdyż dla takiej sprawności temperaturowej (64 %) stosunek odpowiednich wartości współczynnika korekcyjnego r_E  -  zaznaczonych na Rys. 1 wynoszących    0,923   i   0,792    -   jest równy   1,17.

    Natomiast  opierając się  na  takim przebiegu krzywej, jaki  pokazany jest na Rys. 1, oraz przyjmując dla odpowiednio dobranego rekuperatora przeciwprądowego taką samą intensywność wymiany ciepła między powietrzem i powierzchnią blachy, jaka występuje w odpowiadającym mu  rekuperatorze krzyżowym – można również wykazać wyższość walorów rekuperatora przeciwprądowego nad walorami podwójnego rekuperatora krzyżowego.               

    Nie jest jednak wykluczone, że ktoś starający się bronić  dalszego stosowania rekuperatorów krzyżowych  może poddawać w wątpliwość  tak precyzyjny przebieg  krzywej przedstawionej  na Rys. 1.    Stąd aby oddalić takie ewentualne zarzuty, wskazane jest chociaż wyrywkowe przytoczenie jakichś wartości parametrów, które mogłyby potwierdzać to, że warunki wymiany ciepła w oferowanych obecnie na rynku rekuperatorach krzyżowych  nie są sprzeczne z takim  przebiegiem tej krzywej. Dlatego też niżej w wyrywkowym zakresie przytoczono takie  wartości parametrów występujących w tych rekuperatorach krzyżowych.

     

    
    
    

           Rys. 4. Zależność sprawności temperaturowej każdego z rekuperatorów krzyżowych od  łącznej sprawności obu tych rekuperatorów.  

     

    dalej >

  • Wersja do druku