Теплотехнические параметры эффективности утилизаторов тепла и холода

Условные обозначения

$c_{ea}$: Удельная теплоёмкость уходящего воздуха - теплоёмкость воздуха при температуре вытяжного воздуха после теплообменника $\frac{J}{kg \, °C}$
$c_{oa}$: Удельная теплоёмкость наружного воздуха - теплоёмкость воздуха при температуре приточного воздуха до теплообменника $\frac{J}{kg \, °C}$
$\Delta d_{mid \, log}$: Среднелогарифмическая разность влагосодержаний $\frac{kg}{kg}$
$\Delta t_{mid \, log}$: Среднелогарифмическая разность температур (истинное значение разности температур) - важный параметр при расчёте теплообменных аппаратов, показывает действительное значение разности температур между входящей и выходящей жидкостью (газом) по всей длине теплообменника $°C$
$d_{oa}$: влагосодержание приточного воздуха до теплообменника $\frac{kg}{kg}$
$d_{sa}$: влагосодержание приточного воздуха после теплообменника $\frac{kg}{kg}$
$F$: Площадь теплопередающей поверхности теплообменника. Применительно к ВРТ: площадь поверхности насадки. насадка - это по сути и есть ВРТ - та его часть, которая учавствует в теплообмене. Площадь поверхности насадки - это вся площадь поверхности лент или пластин, из которых насадка состоит $m^{2}$
$G_{ea}$: Массовый расход вытяжного воздуха после теплообменника $\frac{kg}{s}$
$G_{min}$: Наименьшее значение из массовых расходов уходящего (вытяжного) или приточного (наружного) воздуха $\frac{kg}{s}$
$G_{oa}$: Массовый расход приточного воздуха до теплообменника $\frac{kg}{s}$
$h_{ea}$: Энтальпия вытяжного воздуха после теплообменника $\frac{kJ}{kg}$
$h_{oa}$: Энтальпия приточного воздуха до теплообменника $\frac{kJ}{kg}$
$h_{ra}$: Энтальпия вытяжного воздуха до теплообменника $\frac{kJ}{kg}$
$h_{sa}$: Энтальпия приточного воздуха после теплообменника $\frac{kJ}{kg}$
$k$: Коэффициент полной теплопередачи, показывает насколько эффективно передаётся тепло от вытяжного воздуха приточному $\frac{W}{m^{2} \, °C}$
$k_{m}$: Коэффициент массопередачи $\frac{kg}{m^{2} \,s}$
$k_{t}$: Коэффициент явной теплопередачи - коэффициент теплопередачи, учитывающий только изменение температуры и не учитывающий изменение влажности вытяжного и приточного воздуха $\frac{W}{m^{2} \,°C}$
$t_{ea}$: Температура вытяжного воздуха после теплообменника $°C$
$t_{oa}$: Температура приточного воздуха до теплообменника $°C$
$t_{ra}$: Температура вытяжного воздуха до теплообменника $°C$
$t_{sa}$: Температура приточного воздуха после теплообменника $°C$
$\Theta_{dea}$: Коэффициент эффективности влагообмена по уходящему воздуху - отношение действительного влагообмена к максимально возможному влагообмену при использовании влагосодержаний вытяжного воздуха до теплообменника, вытяжного воздуха после теплообменника и приточного воздуха до теплообменника
$\Theta_{doa}$: Коэффициент эффективности влагообмена по наружному воздуху - отношение действительного влагообмена к максимально возможному влагообмену при использовании влагосодержаний приточного воздуха до теплообменника, приточного воздуха после теплообменника и вытяжного воздуха до теплообменника
$\Theta_{hea}$: Энтальпийный коэффициент эффективности по уходящему воздуху - отношение действительного полного (учитывая изменение влажности приточного и вытяжного воздуха) теплового потока к максимально возможному полному тепловому потоку при использовании энтальпий вытяжного воздуха до теплообменника, вытяжного воздуха после теплообменника и приточного воздуха после теплообменника
$\Theta_{hoa}$: Энтальпийный коэффициент эффективности по наружному воздуху - отношение действительного полного (учитывая изменение влажности приточного и вытяжного воздуха) теплового потока к максимально возможному полному тепловому потоку при использовании энтальпий приточного воздуха до теплообменника, приточного воздуха после теплообменника и вытяжного воздуха до теплообменника
$\Theta_{tea}$: Температурный коэффициент эффективности по уходящему воздуху - отношение действительного явного (не учитывая изменение влажности приточного и вытяжного воздуха) теплового потока к максимально возможному явному тепловому потоку при использовании температур вытяжного воздуха до теплообменника, вытяжного воздуха после теплообменника и приточного воздуха после теплообменника
$\Theta_{toa}$: Температурный коэффициент эффективности по наружному воздуху - отношение действительного явного (не учитывая изменение влажности приточного и вытяжного воздуха) теплового потока к максимально возможному явному тепловому потоку при использовании температур приточного воздуха до ВРТ, приточного воздуха после ВРТ и вытяжного воздуха до ВРТ
$W_{ea}$: Водяной эквивалент по уходящему воздуху - произведение массового расхода вытяжного воздуха после теплообменника на его удельную изобарную теплоёмкость, важный параметр в расчётах теплообменных аппаратов. Он характеризует энергию, запасённую воздухом в единицу времени $\frac{J}{s \,°C}$
$W_{oa}$: Водяной эквивалент по наружному воздуху - произведение массового расхода приточного воздуха до теплообменника на его удельную изобарную теплоёмкость, важный параметр в расчётах теплообменных аппаратов. Он характеризует энергию, запасённую воздухом в единицу времени $\frac{J}{s \,°C}$
$\xi_{ea}$: Отношение полной теплоты, которая отводится от вытяжного воздуха к явной теплоте, которая отводится от этого же воздуха. Вытяжной воздух охлаждается в теплообменнике - это является отводом теплоты. Явная теплота учитывает только понижение температуры уходящего воздуха, а полная теплота помимо понижения температуры учитывает ещё осушение вытяжного воздуха
$\xi_{oa}$: Отношение полной теплоты, которая подводится к приточному воздуху к явной теплоте, которая подводится к этому же воздуху. Приточный воздух нагревается в теплообменнике - это является подводом теплоты. Явная теплота учитывает только повышение температуры приточного воздуха, а полная теплота помимо повышения температуры учитывает ещё увлажнение приточного воздуха
ВРТ: Вращающийся регенеративный теплоутилизатор или роторный теплоутилизатор

Примечание: единицы измерений обозначены латинскими буквами согласно системе SI. Для обозначения индексов переменных используются сокращения английских слов согласно терминологии ASHRAE как более лаконичных в сравнении с русскими эквивалентами

Введение

На странице представлены теплотехнические параметры теплообменников, которые используются для оценки их эффективности, то есть эффективности переноса тепла от горячей жидкости или газа к холодной жидкости или газу. Хотя некоторые из этих параметров используются для расчёта всех типов теплообменников, здесь подразумевается их использование для оценки эффективности именно утилизаторов тепла и холода в системах вентиляции и кондиционирования. Утилизаторы тепла и холода для простоты именуются общим названием теплообменники

Теплотехнические параметры и формулы

Температурный коэффициент эффективности по наружному воздуху [A] [A] индекс toa означает «temperature, outdoor air» - «температура, наружный воздух»

индекс oa означает «outdoor air» - «наружный воздух»

индекс sa означает «supply air» - «приточный воздух»

индекс ra означает «return air» - «рециркуляционный (возвратный) воздух»

индекс min означает «minimum» - «минимум»

$$\Theta_{toa}=\frac{W_{oa}\cdot(t_{sa}-t_{oa})}{W_{min}\cdot(t_{ra}-t_{oa})}\label{eq:1}$$

Температурный коэффициент эффективности по уходящему воздуху [B] [B] индекс tea означает «temperature, exhaust air» - «температура, вытяжной (выбросной) воздух»

$$\Theta_{tea}=\frac{W_{ea}\cdot(t_{ra}-t_{ea})}{W_{min}\cdot(t_{ra}-t_{oa})}\label{eq:2}$$

Коэффициент эффективности влагообмена по наружному воздуху [C] [C] индекс doa означает «dew, outdoor air» - «влага, наружный воздух»

$$\Theta_{doa}=\frac{G_{oa}\cdot(d_{sa}-d_{oa})}{G_{min}\cdot(d_{ra}-d_{oa})}\label{eq:3}$$

Коэффициент эффективности влагообмена по уходящему воздуху [D] [D] индекс dea означает «dew, exhaust air» - «влага, вытяжной (выбросной) воздух»

$$\Theta_{dea}=\frac{G_{ea}\cdot(d_{ra}-d_{ea})}{G_{min}\cdot(d_{ra}-d_{oa})}\label{eq:4}$$

Энтальпийный коэффициент эффективности по наружному воздуху [E] [E] индекс hoa означает «heat content (enthalpy), outdoor air» - «теплосодержание (энтальпия), наружный воздух»

$$\Theta_{hoa}=\frac{G_{oa}\cdot(h_{sa}-h_{oa})}{G_{min}\cdot(h_{ra}-h_{oa})}\label{eq:5}$$

Энтальпийный коэффициент эффективности по уходящему воздуху [F] [F] индекс hea означает «heat content (enthalpy), exhaust air» - «теплосодержание (энтальпия), вытяжной (выбросной) воздух»

$$\Theta_{hea}=\frac{G_{ea}\cdot(h_{ra}-h_{ea})}{G_{min}\cdot(h_{ra}-h_{oa})}\label{eq:6}$$

Коэффициент явной теплопередачи [G] [G] индекс t означает «temperature» - «температура»

$$k_{t}=\frac{W_{oa}\cdot(t_{sa}-t_{oa})}{F\cdot\Delta t_{mid\,log}}\label{eq:7}$$

Коэффициент массопередачи [H] [H] индекс m означает «mass» - «масса»

$$k_{m}=\frac{G_{oa}\cdot(d_{sa}-d_{oa})}{F\cdot\Delta d_{mid\,log}}\label{eq:8}$$

Среднелогарифмическая разность влагосодержаний

$$\Delta d_{mid\,log}=\frac{(d_{ra}-d_{sa})-(d_{ea}-d_{oa})}{\ln\frac{d_{ra}-d_{sa}}{d_{ea}-d_{oa}}}\label{eq:9}$$

Коэффициент полной теплопередачи

$$k=\frac{G_{oa}\cdot(h_{sa}-h_{oa})}{F\cdot\Delta t_{mid\,log}}\label{eq:10}$$

Примечание: Эта упрощённая формула 10↑может использоваться только для оценки эффективности переноса тепла в существующих аппаратах - когда известен расход воздуха и его температуры

Среднелогарифмическая разность температур

$$\Delta t_{mid\,log}=\frac{(t_{ra}-t_{sa})-(t_{ea}-t_{oa})}{\ln\frac{t_{ra}-t_{sa}}{t_{ea}-t_{oa}}}\label{eq:11}$$

Показатель отношения полной теплоты, подводимой к наружному воздуху к явной теплоте

$$\xi_{oa}=\frac{G_{oa}\cdot(h_{sa}-h_{oa})}{W_{oa}\cdot(t_{sa}-t_{oa})}\label{eq:12}$$

Показатель отношения полной теплоты, отводимой от потока уходящего воздуха к явной теплоте

$$\xi_{ea}=\frac{G_{ea}\cdot(h_{ra}-h_{ea})}{W_{ea}\cdot(t_{ra}-t_{ea})}\label{eq:13}$$

Водяной эквивалент по наружному воздуху

$$W_{oa}=G_{oa}\cdot c_{oa}\label{eq:14}$$

Водяной эквивалент по уходящему воздуху

$$W_{ea}=G_{ea}\cdot c_{ea}\label{eq:15}$$

Источники

[1] Анатолий Геннадьевич Сотников «Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции. Том II Часть 1»

[2] М.Е.Орлов «Теоретические основы теплотехники. Тепломассообмен»

[3] Х.Уонг «Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник»

[4] В переводе с английского профессора В. Д. Коркина, доцента М. М. Бродач «Англо-русский терминологический словарь ASHRAE по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха и охлаждению»