УДК 62-681

 

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РОТОРНОГО РЕГЕНЕРАТОРА СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

 

Бегенев Д.С., магистрант; Коротков А. В., старший преподаватель

(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)

 

Введение. В зданиях с повышенным тепловыделением может быть экономически обосновано применение схем центрального кондиционера с регенерацией тепла. По результатам исследования установлено, что затраты энергии при использовании прямоточной системы вентиляции выше более, чем в 14 раз по сравнению с использованием системы с регенерацией тепла [1]. К регенеративным теплообменникам-утилизаторам относятся теплоутилизаторы роторного типа, в которых теплообмен происходит за счет обдува вращающегося теплообменника встречными потоками приточного и вытяжного воздуха. Эффективность регенерации тепла зависит от скорости вращения ротора – чем быстрее вращается ротор регенератора, тем больше эффективность регенерации. Однако, существует предельная скорость, свыше которой эффективность теплообмена падает. Обычно, эта скорость и является максимальной, и, как правило, составляет 10-15об/мин [2].

Цель работы. Разработка математического описания роторного регенератора, как объекта управления.

Материалы и результаты исследований. При разработке математических моделей физических процессов, важно знать, как эти модели будут использоваться. Производитель теплообменников может быть заинтересован в модели теплообменника для точного расчета теплообмена для различных скоростей воды и свойств пластин. Такой подход, вероятно, приведет к сложной модели. Также отметим, что производители теплообменников могут быть не столь заинтересованы в динамическом поведении, если его в первую очередь интересует расчет эффективности теплообменника. Разработчик алгоритмов управления для систем вентиляции и кондиционирования и тот, кто работает с вводом оборудования в эксплуатацию, имеют совершенно другие требования к математической модели. Они заинтересованы в модели, которая может быть использованы для оценки системы управления. В этом случае модель должна описывать динамическое поведение, но требования к точности умеренные. Модель должна быть относительно простой, потому что простые модели занимают меньше места в памяти контроллера и выполняются быстрее, но, в связи с этим, будут иметь место некоторые ограничения.

Простая модель теплообменника воздух-воздух (вращающийся регенератор), представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Модель роторного регенератора

На рисунке 1 приняты следующие условные обозначения:

η – эффективность теплообмена, являющаяся функцией скорости (рис. 2);

t_прит – температура приточного воздуха после регенератора, °С;

t_нар – температура приточного воздуха до регенератора, °С;

t_выт – температура вытяжного воздуха после регенератора, °С;

t_отр – температура вытяжного воздуха до регенератора, °С;

Т – постоянная времени теплообменника, Т≈20 с.

Динамика температуры воздуха на выходе из теплообменника моделируется апериодическим звеном первого порядка. Тепловой баланс основан на допущении, что воздушные потоки равны по обе стороны теплообменника, при этом:

t_прит= t_нар+η(t_отр–t_нар),

t_выт= t_отр-η(t_отр–t_нар).

 

Рисунок 2 – Зависимость эффективности теплообмена от скорости вращения ротора

 

Максимальное значение η, обычно, не превышает 0.8 и достигается при скорости вращения ротора 10-15об/мин. Поиск скорости вращения, на которой достигается максимальная эффективность теплообмена, определяется экспериментально [3].

 

Заключение. На основе уравнений теплового баланса разработана модель роторного теплоутилизатора, позволяющая исследовать тепловые процессы в системах центрального кондиционирования с постоянным расходом воздуха.

 

 

Перечень ссылок

1.    Н.И.Ватин, М.В.Смотракова Технико-экономическое обоснование применения систем вентиляции с роторной рекуперацией тепла: моногр. – СПб, 2003. –75с.

2.    Нимич Г.В., Михайлов В.А,  Бондарь Е.С. Современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха. – К.: ТОВ «Видавничий будинок «Аванпост-Прим», 2003 – 626с.

3.    Бондарь Е.С., Гордиенко А.С., Михайлов В.А, Нимич Г.В. Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – К.: ТОВ «Видавничий будинок «Аванпост-Прим», 2005 – 560с.