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 rE od sprawności temperaturowej E. Współczynnik korekcyjny rE 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 = rE k F (tsw – tsz) W ( 1 )
We wzorze ( 1 ) ponadto oznaczono;
k - współczynnik przenikania ciepła, W/m2 K
F - powierzchnia wymieniająca ciepło m2
tsw - 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
tsz - 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 rE 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
Edz = (tz2 – tz1) / (tw1 – tz1) - ( 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
Ekz = (tz3 – tz1) / (tw3 – tz1) - ( 3 )
Oznaczenia przyjęte we wzorach ( 2 ) i ( 3 ) zdefiniowane są na Rys. 2 i Rys. 3, przy czym tz1 , tz2 , tz3 - dotyczą temperatury powietrza zewnętrznego, natomiast tw1 , tw2 , tw3 - dotyczą temperatury powietrza wywiewanego.
Dla całego możliwego przedziału sprawności temperaturowej Edz i Ekz - to jest od zera do 100 % - w Tabeli 1 zestawiono, oraz na Rys. 4 pokazano, zależność sprawności jednego z dwu rekuperatorów krzyżowych Ek (tutaj równa jest wartościom Ekz ) od łącznej sprawności temperaturowej obu rekuperatorów Ed (tutaj równa jest wartościom Edz ) - 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 (Ed) - 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 = Ed – Ek - ( 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 Ek, jako iloraz
h = ΔE / Ek - ( 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 (Ed). Prosta ta jest bardzo szybko malejąca, i o ile dla sprawności Ed = 70 % wskaźnik h = 30 % , to dla sprawności Ed = 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 rE - 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.
Copyrights © WIBiS PL 2007 projekt: www.adm-media.pl