دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

امتیاز 5.00 ( 2 رای )

در این آموزش و بحش های بعدی به توضیحاتی در خحصوص سیستم های انرژی ریکاوری ERV می پردازیم. در بسیاری از کاربری ها، وارد کردن 100درصد هوای تازه به محیط و سپس خارج کردن آن، از لحاظ اقتصادی و انرژی به صرفه نیست. از این رو در چنین فضاهایی از دستگاه های بازیافت گرمایی (HRV) یا بازیافت انرژی (ERV) استفاده می شود.

اصول کار دستگاه انرژی ریکاوری

هر دو دستگاه مشابه هم بوده، با این تفاوت که در دستگاه بازیافت گرمایی، تنها بار سنسیبل هوای محیط به هوای تازه انتقال داده می شود حال آنکه در دستگاه بازیافت انرژی، انتقال حرارت برای بار کل شامل بار سنسیبل و نهان انجام می شود. لذا دستگاه بازیافت گرمایی نقشی در انتقال رطوبت هوای محیط داخل نداشته و برای این منظور با توجه به نوع کاربری بایستی از دستگاه بازیافت انرژی استفاده کرد .

 

ERV1 1 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

نمونه یک دستگاه بازیافت انرژی

چرخ انرژی در دستگاه انرژی ریکاوری

برای انتقال حرارت از هوای داخل به هوای تازه، از مبدل های حرارتی که اصطلاحا چرخ انرژی یا چرخ آنتالپی نام دارند استفاده می شود و بدین شکل قبل از اعمال کار مکانیکی بر روی هوای تازه، آن را پیش سرد و یا پیش گرم می کنند. این مهم سبب می شود که ظرفیت کویل های سرمایشی و گرمایشی داخلی هوارسان به مراتب کوچک تر شود.

برای جذب و دفع بهتر رطوبت، معمولا از چرخ های دسیکانتی شامل مواد جاذب رطوبت استفاده می شود. مواد بکار رفته در ساختمان اکثر چرخ های انرژی، پلیمرهای سبک وزن جهت انتقال حرارت  بین دو هوا بوده که این مهم خود تعمیرات و نگهداری دستگاه را بسیار آسان کرده است. شکل زیر نمونه یک چرخ انرژی را نشان می دهد.

ERV 1 2 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

 نمونه یک مبدل انرژی هوا به هوا در دستگاه بازیافت انرژی

انتقال حرارت در این مبدل ها، بین هوای داخل ساختمان و هوای خارج انجام می پذیرد. بدین معنا که به میزان حجم هوای تازه ای که وارد ساختمان خواهد شد، همان میزان هوای اگزازست از داخل ساختمان جمع آوری شده و به مبدل فرستاده می شود. سپس براساس نوع مبدل، فرآیند انتقال حرارت سنسیبل و یا کل انجام می شود.

ERV 1 3 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

انتقال حرارت بین هوای داخل ساختمان و هوای خارج توسط دستگاه انرژی ریکاوری

در این مبدل ها از پارامتری به نام ضریب اثر (Effectiveness) استفاده می شود که بزرگتر بودن این عدد به معنای کارایی بهتر مبدل جهت بیشتر سرد کردن یا بیشتر گرم کردن هوای تازه ورودی است. معمولا بیشترین عددی که برای این ضریب توسط سازندگان مختلف ارائه می شود، حدود 80 الی 85 درصد است.

با داشتن مقدار ضریب اثر، دمای هوای تازه و هوای اگزازست از ساختمان، می توان دمای هوای رفت از چرخ انرژی را محاسبه نمود (رابطه زیر).

ERV 1 4 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

در صورت برابر بودن حجم هوای اگزازست و هوای تازه، مقدار سی اف ام از رابطه بالا حذف خواهد شد. در رابطه بالا بجای دما از آنتالپی نیز می توان استفاده کرد.

مثال1 دستگاه انرژی ریکاوری

با درنظر گرفتن ضریب اثر 60% برای یک چرخ انرژی، و حجم هوای عبوری 12.000 سی اف ام برای هوای تازه و هوای برگشتی ازساختمان مقدار کاهش در ظرفیت بار برودتی را محاسبه کنید؟

ERV 1 5 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

جواب:

برای محاسبه مقدار کاهش بار برودتی بایستی آنتالپی قبل و بعد از چرخ انرژی را داشته باشیم. براساس شرایط طرح داخل و طرح خارج مقادیر آنتالپی به ترتیب برابر 28.15 و 40.38 بی تی یو بر ساعت خواهد بود.

با استفاده از رابطه قبلی و جایگزین کردن مقادیر، آنتالپی و دما در خروجی چرخ را بدست می آوریم. مقادیر سی اف ام نیز برای هر دو هوای اگزازست و هوای تازه با هم برابر هستند، لذا از معادله حذف می شوند.

ERV 1 6 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

بطور مشابه دما را در خروجی چرخ انرژی محاسبه می کنیم.

ERV 1 7 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

لذا دمای خشک در خروجی چرخ برابر 82.6 درجه فارنهایت و دمای تر برابر 68.9 درجه فارنهایت خواهد بود. با داشتن آنتالپی، مقدار بار سرمایش کل شامل سنسیبل و نهان را محاسبه می کنیم.

ERV 1 8 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

در صورتی که سیستم بالانس نباشد، با استفاده از نسبت سی اف ام های هوای اگزازست و هوای تازه نیز می توان ضریب اثر را بصورت تقریبی محاسبه نمود.

ERV 1 9 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

نمودار تعیین ضریب اثر با استفاده از نسبت حجم هوا

مثال2 دستگاه انرژی ریکاوری

مثال قبلی را با توزیع حجم هوای نامساوی و شرایط طرح داخل و خارج  مشابه در نظر بگیرید. برای هوای اگزازست از ساختمان 9.600 سی اف ام و برای هوای تازه 12.000 سی اف ام لحاظ کنید. مقدار بازیافت انرژی را محاسبه کنید؟

جواب:

نسبت حجم هوای اگزازست و هوای تازه را بدست آورده و با استفاده از نمودار قبلی ضریب اثر برابر 0.67 است. 

ERV 1 10 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

با استفاده از رابطه آنتالپی، دما و آنتالپی خروجی از چرخ را حساب می کنیم. مقادیر سی اف ام برای هر دو هوای اگزازست و هوای تازه با هم برابر نبوده و از معادله حذف نمی شوند.

ERV 1 11 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

بطور مشابه دما را در خروجی چرخ انرژی محاسبه می کنیم.

ERV 1 12 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

لذا دمای خشک در خروجی چرخ برابر 83.8 درجه فارنهایت و دمای تر برابر 69.8 درجه فارنهایت خواهد بود. با داشتن آنتالپی، مقدار بار سرمایش کل شامل سنسیبل و نهان را محاسبه می کنیم.

ERV 1 13 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

در نمودارهای ذیل به تاثیر استفاده از این دستگاه بر روی هوای تازه قبل از ترکیب با هوای برگشتی از ساختمان در دو فصل تابستان و زمستان در نمودار سایکرومتریک اشاره شده است. نمودار اول کاربرد دستگاه در فصل گرم تابستان را نشان می دهد. همانطور که در شکل مشخص است، هوای تازه با شرایط 

ERV 1 14 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

در قسمت ورودی هوارسان دریافت شده و پس از عبور از چرخ انرژی با شرایط 

ERV 1 15 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

خارج شده و با هوای برگشتی از ساختمان ترکیب می شود. 

ERV 1 16 - دستگاه انرژی ریکاوری چیست؟ (بخش 1)

استفاده از چرخ انرژی در پیش سرد کردن هوای تازه در فصل تابستان

در این چرخ انرژی از ضریب اثر 83% برای انتقال انرژی کل بین هوای تازه و هوای محیط داخل استفاده شده است. همانطور که در نمودار مشخص است، در حدود 4 تن در هر 1000 سی اف ام در بار تهویه هوای تازه کاهش داشته ایم. 

این مطلب ادامه دارد …

رفرنس: بخشی از کتاب طراحی و محاسبه هوارسان

نویسنده: نوید ژیانی

آموزش دوم دستگاه چرخ انرژی

آموزش سوم دستگاه چرخ انرژی