Проектирование рекуператоров механической энергии: Диссертация на тему «Совершенствование ниткошвейной машины на основе принципа рекуперации механической энергии», скачать бесплатно автореферат по специальности ВАК РФ 05.02.13

нормы, преимущества использования рекуперации ► Exsys

Какой воздухообмен должен быть в квартирах, частных домах?

Основными показателями для создания проекта вентиляционной системы являются нормы расхода поступающего воздуха в помещение и кратности воздухообмена. Вентиляционная система должна осуществить подачу воздуха для комфортного пребывания людей в помещении.

Воздухообмен в помещении рассчитывается исходя из следующей формулы:

L = V пом * Kр (м3/ч),

Где,

L– Объем воздуха для полного воздухообмена М3/ч;

V пом – объем рассчитываемого помещения, м3;

Кр – кратность воздухообмена, основанная на таблице кратности.

Определение объема помещения производится по следующей формуле:

V (м3) = A * B *H

Где,

А — ширина помещения в метрах;

В — длина помещения в метрах;

Н — высота помещения в метрах.

Необходимое количество воздуха на человека по нормативным документам:

20 м3/час на одного человека — при незначительной физической активности;

45 м3/час на одного человека — при легкой физической активности;

60 м3/час на одного человека — при тяжелой физической работе.

Оборудование для реализации системы вентиляции подбирается исходя из полученных показателей по этим формулам.

Для чего увлажнять и обогревать воздух в помещении?

Человек проводит большую часть своей жизни в помещении. Поэтому, микроклимат в помещении очень важен для нашего здоровья, так как он  влияет и на здоровый способ жизни, и на высокий уровень жизнедеятельности. Важно отметить — не только температура воздуха, а и влажность играют большую роль в частном доме/квартире.

Интенсивность, с какой воздух впитывает влажность, зависит от температуры. Чем холоднее воздух, тем меньше влажности он может впитать, и наоборот – чем теплее воздух, тем больше влажности впитывается. Оптимальное содержание влажности в помещении составляет 9,2 г воды на м2 воздуха. При комнатной температуре 21 ℃ это отвечает уровню относительной влажности 50%. В холодное время года, особенно в зимние месяцы, относительная влажность воздуха снижается до недопустимых показателей – менее 30%. Воздух с улицы в отопительный период при температуре -5℃ нуждается в дополнительном 1,2 л воды на час в помещении приблизительно 21℃ при относительной влажности 50%.

Уровень влажности ниже 40% приводит до высыхания слизистых оболочек, что повышает восприимчивость к инфекционным простудам, так как сухой воздух негативно влияет на функцию очищения внутренних поверхностей дыхательных путей. Поддерживая уровень относительной влажности в помещении в диапазоне от 40% до 60%,  удается достичь комфортного микроклимата, а именно:

• снижается концентрация пыли в воздухе
• активизируется защита кожи от микробов, значительно снижается длительность жизни бактерий и вирусов
• снижается уровень неприятных запахов и накопление электростатических зарядов в помещении

Но, нужно учитывать, что в помещении, где показатель относительной влажности превышает 70%, человек себя чувствует не комфортно по причине снижения уровня поглощения кислорода кровью. Так же высокий уровень влажности может привести к увеличению плесени в закрытых помещениях.

Что такое рекуперация и в чем преимущества использования вентиляции с рекуперацией?

Современным и практичным способом создания комфортного микроклимата и необходимого воздухообмена в частных домах/квартирах является механическая приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла. Такой тип вентиляции предусматривает использование приточно-вытяжной установки с утилизацией тепла, приточных и вытяжных воздуховодов, воздухозаборных устройств.

Рекуперация – в переводе с латинского языка – обратное получение, возвращение.

Рекуперация это возвращение части энергии для повторного ее использования в том же технологическом процессе.

Больше всего потребление энергии в помещении происходит такими системами как вентиляция, кондиционирование или отопление. Чтобы не тратить впустую такие объемы энергии – мы рекомендуем использовать рекуперацию в системе вентиляции, таким образом минимизирую затраты на энергию вентустановкой. А также экономя на отоплении в помещении. Рекуперация подразумевает обычный обмен теплом между приточным и вытяжным воздухом.

 Рассмотрим на примере:

Зимой приточный воздух с улицы при минусовой температуре допустим -40 градусов, по нормам должен нагреваться до +20 градусов, то есть до комнатной температуры и подаваться в помещение. Теплый загрязненный воздух , который имеет температуру +20 или +22 градуса удаляется из помещения вытяжкой.

Предположим, необходимо обогреть 1000 м³ воздуха до +40 градусов – потребуется потратить 14,4 кВт энергии.

В теплое время года, летом во время работы кондиционеров на улицу удаляется отработанный, но прохладный воздух, а в помещение приточной вентиляцией подается горячий воздух с улицы, который обычно имеет температуру +35 или +40 градусов и его опять потребуется охладить, затратив энергию.

Чтобы сделать систему приточно-вытяжную вентиляцию экономной – рекомендуется использовать рекуператоры, которые могут идти в комплекте с вентустановкой либо докупаться отдельно.

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла: типы установок, их особенности

Рекуператор – это устройство или теплообменник (открытого типа), который используется для использования тепла вытяжных газов, в котором обмен тепла между теплообменниками происходит непрерывно через разделяющую их стенку. То есть, перед тем, как удалить вытяжной воздух наружу, в рекуператоре забирается с него тепло, которое потом используется для нагрева приточного воздуха в холодное время года. Такие системы позволяют экономить до 90% энергии, которая используется для нагрева внешнего холодного воздуха.

Воздух при попадании в рекуператор не перемешивается, так как потоки разделены тонкими стенками из пластин. За счет разности температур приточного и вытяжного воздуха теплообмен происходит через стенки, и теплый отработанный воздух отдает тепло холодному приточному воздуху.

С помощью рекуператора приточный воздух может подогреваться от 14 градусов до 20 градусов, в зависимости от наружной температуры.

Как понять эффективность рекуператора – это узнать его КПД – то есть какой процент тепла может забрать рекуператор из воздуха, который удаляется из помещения.Обычно КПД рекуператоров колеблется в пределах 30%-95%. От чего зависит КПД рекуператора?

Конечно, чем больше КПД, тем существеннее будет экономия. КПД рекуператора зависит от конструкции рекуператора и наличия калорифера – нагревательного элемента (водяного или электро), который и осуществляет догрев воздуха до необходимых показателей.

Рассмотрим типы рекуператоров:

• Пластинчатые рекуператоры

Приточно-вытяжные установки с пластинчатыми рекуператорами позволяют уменьшить затраты на подогрев приточного  воздуха на 60-70%. В основе таких устройств лежит пластинчатый перекрестно-потоковый рекуператор – пакет тонких металлических пластин, листов пластика или специально обработанной целлюлозы, между которыми оставлены промежутки. Воздух, что удаляется из помещения, проходит в каждом втором промежутке между пластинами, а внешний воздух, что поступает в помещение, проходит через решетку каналов. Рекуператоры с пластинами с целлюлозы имеют еще особенность выравнивать концентрацию водяного пара в приточном, и вытяжном воздухе (способность осушать или увлажнять приточный воздух). Благодаря этому летом можно заметно сокращать длительность работы системы кондиционирования воздуха. Кроме рекуператора, в корпусе приточно-вытяжной установки есть приточный и вытяжной вентиляторы, фильтры, которые обеспечивают очистку воздуха от пыли, электронагревателя и другие элементы. Контроль температуры осуществляется с помощью системы автоматичного регулирования мощности за показателями датчика температуры, установленного в потоке воздуха, который подается в помещение.

При использовании приточно-вытяжных установок с перекрестно-потоковым рекуператором наибольшие энергозатраты достигаются при плюсовой и небольшой минусовой температуре внешнего воздуха.  При температуре -3…-8 ℃ между пластинами рекуператора может образоваться лед, что приведет до уменьшения эффективности работы системы – в канале перед входом в установку монтируется электронагреватель  или управляемая заслонка и обводной канал (байпас).

• Роторные рекуператоры

В роторных рекуператорах теплообмен происходит с помощью ротора, который постоянно оборачивается между приточным и вытяжным каналами. Ротор – это короткий цилиндр, заполненный по очереди навитыми плоскими и гофрированными лентами, между которыми образованы мелкие воздухопроникающие каналы (ячейки). Во время вращения эти ячейки по очереди оказываются то в горячем, то в холодном потоке.  В горячем потоке ячейки отбирают теплоту и нагреваются. Теплообменники, в которых теплообменная поверхность по очереди контактирует с потоками, называется регенеративными теплообменниками или регенераторами теплоты.

Эффективность роторных рекуператоров в системе приточно-вытяжной вентиляции достигает 80-85%.

Приточно-вытяжные установки с роторным рекуператором могут использоваться без предыдущего подогрева воздуха. Кроме этого, благодаря высокому коэффициенту  использования теплоты в приточно-вытяжной установке с роторным рекуператором часто можно не использовать даже штатный воздухонагреватель. На юге Украины, а также  в средней полосе страны, в частных домах с индивидуальным отоплением, которое обеспечивает избыток теплоты, дополнительный подогрев приточного воздуха может не понадобиться на протяжении всего года. Когда температура внешнего воздуха уменьшиться на столько, что эффективности оборачиваемого теплообменника станет недостаточно, автоматика немного уменьшит затраты приточного воздуха.

Опасность появления льда в ячейках роторного теплообменника возникает только при температуре внешнего воздуха ниже -20 ℃. Размораживание устройства происходит двумя способами – в аппаратах нового поколения с помощью регулятора частоты уменьшается скорость оборачиваемости ротора, или остановка приточного вентилятора и закрытие заслонки всасывания внешнего воздуха.

Использование приточно-вытяжной системы вентиляции с рекуперацией тепла на сегодняшний день является одним из основных методов энергосбережения в частных домах и квартирах.

Навигация по записям

Рекуперация тепла.

Сколько Вы экономите?

Рекуперация тепла. Сколько Вы экономите?

Рекуперация тепла в системах вентиляции в нашем энергосберегающем оборудовании помогает Вам экономить деньги каждый месяц зимой, весной и осенью. Каким образом? Весь секрет в том, что при рекуперации используется теплый воздух, удаляемый из помещения, для подогрева уже очищенного свежего воздуха, который подается приточно-вытяжной установкой.

Как рекуперация помогает экономить? Рассмотрим это на примерах с механическим побуждением:

Для расчета берем усредненную низкую температуру для Санкт-Петербурга. -24 °С.

1. При эксплуатации систем вентиляции без рекуператора:

• уличный воздух необходимо нагреть до + 18 °С, т.е. на  44 °С
• температура удаляемого из помещения воздуха + 20 °С

Приточные установки с водяным или электрическим источника нагрева. БОльшинство моделей приточных вентустановок оборудованы автоматикой и комплектуются базовым пультом управления.

 Приточные установки на сайте Ventkomplex. Читать далее…

 

Удаляется воздух канальным вытяжным вентилятором. Для вытяжки влажного воздуха из ванной и с/у рекомендуем искользовать вентилятор Lineo. Вентиляоры на сайте Ventkomplex. Читать далее…

 

 

2. При эксплуатации систем вентиляции с рекуператором с промежуточным теплоносителем, при КПД 20%:

• температура удаляемого из помещения воздуха + 20 °С
• Через рекуператор вытяжной воздух передает тепло приточному и подогревает до – 17,2 °С
• в помещение воздух необходимо нагреть до + 18 °С, т.е. на 35,2 °С

 

В дополнение к  предыдущему примеру, эта концепция предусматривает наличие теплообмена между притоком  и вытяжкой через промежуточный гликолевый теплообменник. Круглые и прямоугольные водяные нагреватели на сайте Ventkomplex.

Читать далее…

 

3. При эксплуатации систем вентиляции с пластинчатым рекуператором, при КПД 60%:

• температура удаляемого из помещения воздуха + 20 °С
• Через рекуператор вытяжной воздух передает тепло приточному и подогревает до + 2,4 °С
• поступающий в помещение воздух необходимо нагреть до 18 °С, т.е. на 15,6 °С

В теплообменнике среды двигаются навстречу друг другу, соприкасаясь с общей металлической стенкой и не перемешиваются.  КПД пластинчатого рекуператора – до 60%.  КПД диагонального рекуператора – до 90%. Модели с пластинчатым или с диагональным рекуператором. Вентустановки с пластинчатым рекуператором  на сайте Ventkomplex. Читать далее…

4. При эксплуатации систем вентиляции с роторным рекуператором, при КПД 90%

:

• температура воздуха на улице -24 °С
• температура удаляемого из помещения воздуха + 20 °С
• Через рекуператор вытяжной воздух передает тепло приточному и подогревает до + 15,6 °C
• поступающий в помещение воздух необходимо нагреть до + 18 °С, т. е. на 2,4 °С

Теплопередача происходит за счет вращающегося ротора, через нагретые стенки которого передается тепло приточной системе и отдаётся холод вытяжной. Уровень смешивания сред приточного и вытяжного воздуха в роторном рекупраторе может достигать 3%.КПД роторного рекуператора до 90%. Вентустановки с роторным рекуператором  на сайте Ventkomplex. Читать далее…

Итак, для того, чтобы в помещения приточный воздух поступал с температурой + 18 °С, есть  ряд концепций:

• Отсутствие рекуперации. Воздух требуется нагреть воздух на 44 °С
• Рекуператор с промежуточным теплоносителем. Воздух требуется нагреть на 35,2 °С
• Пластинчатый рекуператор. Воздух требуется нагреть воздух на 15,6°С
• Роторный рекуператор. Воздух требуется нагреть воздух на 2,4 °С

 

Для расчета электрической мощности калорифера можно использовать следующую формулу:

Где:

• Q – мощность электрического нагревателя, кВт;
• L – расход воздуха м3/час;
• ΔT – разница температур между температурой на улице и внутри помещения, (°С). Для Санкт-Петербурга расчетная разница температур = 44.

Для расчета мощности водяного калорифера при воде 90/70 можно использовать следующую формулу:

Где:

• Q – мощность электрического нагревателя, кВт;
• L – расход воздуха м3/час;
• ΔT – разница температур между температурой на улице и внутри помещения, (°С). Для Санкт-Петербурга расчетная разница температур = 44.

Сравним расходы денежных средств при производительности вентиляционных систем: 500, 1000 и 1500 м3/ч.  Рассмотрим системы с электрическими нагревателями. Системы вентиляции работают в течение 12 часов в сутки, а стоимость кВт/час электроэнергии равна 3 рублям:

Производительность вентиляционной системы, м3/ч	Расходы на нагрев приточного воздуха за 1 месяц, рубль
	без рекуперации	Рекуператор с промежуточным теплоносителем	Пластинчатый рекуператор	Роторный/ диагональный рекуператор
500	8078	6480	4849	799
1000	16156	12960	9698	1598
1500	24234	19440	14547	2397

15 ноября 2018, Вентиляция

Проектирование рекуператоров для систем вентиляции

Проектирование систем рекуперации — это создание проекта вентиляции и отопления, вкупе с использованием различных видов рекуператоров.

Проектирование вентиляции с рекуперацией Вы можете заказать на нашем сайте, заполнив заявку или позвонив по телефону. Осуществляем проектирование и поставку по всей России.

 

Система вентиляции с рекуперауцией

 

Одной из экологических технологий, обеспечивающей значительную экономию электроэнергии, является технология рекуперации, которая используется в т.ч. и в кондиционировании помещений. В дословном переводе с латинского «рекуперация» означает «обратное получение», которое выражается в возвращении части энергии или материи для повторного их применения в технологическом процессе. Конструкционно это реализуется установкой в проточно-вытяжной вентиляции специального теплообменника – рекуператора воздуха, с помощью которого осуществляется теплообмен между входящим и выходящим воздухом. В результате излишки теплоты выводятся из помещения, а в холодное время года происходит нагревание воздуха с помощью отработанных в технологических процессах газов.

Промышленные рекуператоры воздуха представляют собой двустенные теплообменники, в которых два потока воздуха (приточной и вытяжной) разграничены тонкой перегородкой, через которую и происходит теплообмен. Все рекуператоры снабжены системами фильтров, которые задерживают частички пыли и грязи, а также осуществляют защиту от болезнетворных микроорганизмов. Также существуют другие приспособления, усовершенствующие работу рекуператоров: дополнительные вентиляторы, нагреватели, увлажнители, каплеуловители, датчики и теплообменники, которые, в числе прочего, обеспечивают безопасное использование рекуператора в зимний период.

 

Проектирование рекуператоров от Промклимата

 

Технологии энергосбережения и экотехнологии важно и нужно внедрять на современных предприятиях. Ведь существует очень много способов улучшить существующую систему или спроектировать новую, на 100% используя собственные преимущества. Все работы по планированию и проектированию, квалифицированный подбор оказывают специалисты нашей компании. За время работы на рынке промышленного холода мы в совершенстве овладели специфическими знаниями, установили партнерские отношения с производителями оборудования и клиентские отношения с потребителями.

Наши проектировщики и инженеры произведут все необходимые расчеты в кратчайшие сроки и обезопасят вас от лишних трат времени и денег.

виды, принцип работы и функции

Большинство владельцев собственных домов и коттеджей стремятся к повышению энергоэффективности своей техники. Это подтверждают многочисленные солнечные панели, устанавливаемые в южных регионах страны, батареи, предназначенные для экономии газа, тепла и других ресурсов. Один из устройств, пользующийся популярностью в последнее время – рекуператор воздуха. В переводе рекуператор означает «обратное получение» или «возмещение». Его основная цель заключается в создании комфортной температуры в помещении, при уменьшении расходов на нагрев приточного воздуха.

Функции рекуператора воздуха

Рекуператор представляет собой теплообменник, который используется в приточно-вытяжной установке, и позволяет нагреть приточный воздух, без использования электричества или горячей воды.

Теплообменник работает в двух направлениях, сохраняя тепло в комнате. Нагретый воздух из помещения удаляется, а воздух с улицы поступает в комнату, нагретый до комфортной температуры. Современные модели оснащены автоматическим блоком управления для удобства использования. Приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором создает благоприятный микроклимат и экономит деньги.

Подробнее о принципе работы оборудования

Принцип работы системы состоит в удалении отработанного воздуха через теплообменник. Система состоит из корпуса с подсоединенными воздуховодами, фильтрами, установленным вентилятором и теплообменником.

Принцип действия:

• отработанный воздух собирается с помощью воздуховодов;
• вентилятор подает воздух в систему, который проходит через рекуператор и удаляется на улицу

Наличие приточно-вытяжной системы с рекуператором обеспечивает дом или квартиру свежим очищенным воздухом без проветривания.

Виды оборудования

Рекуператоры представлены на рынке в нескольких видах: роторные, пластинчатые, рециркуляционные водяные, камерные, тепловые трубы. Они имеют особенности и отличия, о которых нужно знать при установке. Рассмотрим каждый вид приточной вентиляции с рекуператором в отдельности.

Роторный

Оборудование работает при помощи вращательного элемента – барабана из алюминиевой фольги, который обладает высокой теплопроводностью. Отличительная особенность – устойчивость к низким температурам, поэтому подобные рекуператоры можно использовать на Севере страны и в Сибири, где температура опускается до -40 градусов. Использование оборудования обеспечивает комфортный микроклимат, поскольку в помещение поступает не сухой воздух. Экономия электроэнергии достигается за счет установки нужного числа оборотов ротора, дополнительно можно регулировать его скорость вращения, меняя мощность теплоотдачи.

Пластинчатый

Название выбрано не случайно. Из-за особенностей конструкции, входной и выходной потоки воздуха ограждаются друг от друга пластинами из алюминия. На пластинах может образовываться конденсат. Для изоляции используется стеклоткань с полиуретановым покрытием.

Преимущества пластинчатого рекуператора:

• эффективность до 75%;
• длительный срок беспроблемной эксплуатации системы;
• невысокая стоимость оборудования;
• простое обслуживание системы.

Пластинчатые рекуператоры имеют недостатки: при низкой температуре возможно обмерзание, в помещении снижается уровень влажности.

Рециркуляционный водяной

Принцип работы рециркуляционного водяного рекуператора можно сравнить с работой котла, поскольку для передачи тепла применяется жидкость. Теплообменник устанавливается в вытяжку, а в качестве радиатора используется элемент, который предназначается для входящего потока с улицы.

В теплообменнике воздух нагревается, а радиатор – отдает тепло в комнату.

Камерный

Холодный и нагретый воздух поступают в камеру, которая отделяется заслонкой. В определенный период времени заслонка меняет направление, передавая тепло через стенки камеры. Вытяжной воздух сначала нагревает одну половину резервуара, после чего регулировочный элемент подает холод с улицы.

Недостаток камерных рекуператоров состоит в том, что входящий и выходящий потоки могут смешаться из-за подвижных элементов камеры. Высока вероятность загрязнения очищенного воздуха, который поступает в помещение. Не исключено появление посторонних запахов.

Тепловые трубы

Рекуперация осуществляется за счет использования трубок, наполненных фреоном. При минусовой температуре воздух охлаждается, на поверхности образуется конденсат. В нагретом потоке фреон испаряется. Воздушные потоки находятся в специальных трубках-термосифонах, которые представляют собой трубки из меди, наполненные фреоном. Один конец трубки нагревается, в результате содержимое закипает, перегоняя тепло в другой конец трубки. Фреон конденсирует и отдает тепло в помещение.

Такие рекуператоры будут функционировать только при условии установки воздуховодов в вертикальном положении, строго друг над другом.

Тонкости выбора: на что обратить внимание при покупке рекуператора

Рассмотрим основные правила выбора оборудования для дома:

• Климатические особенности. Для умеренной зимы подойдут рекуператоры с пластинами, а в условиях низких температур лучше себя показывают роторные устройства.
• Экономия. Для бытового использования, выбирайте модели с максимальной эффективностью. Как правило, оборудование обладает средней мощностью.
• Фильтры очистки. Для удаления всех загрязнений, в том числе, мелкой пыли, лучше использовать оборудование с фильтром класса F7. Фильтры M5 защищают дом от крупной пыли.
• Производительность приточной системы вентиляции с рекуператором. Для расчета используется один показатель – объем воздуха, который поступает в комнату за 60 минут. По нормативам на одного взрослого человека необходимо 60 кубических метров.
• Материал и толщина корпуса. К примеру, корпус толщиной 30 мм не может работать при температуре ниже 5 градусов, для функционирования требуется изоляция. Если корпус изготовлен из алюминия, его нужно изолировать, поскольку алюминий является отличным проводником холода.
• Удобная система с автоматическим блоком управления. Это позволит установить нужную температуру и мощностью подачи воздуха в комнату.

Выбирая приточную вентиляцию для помещения, проконсультируйтесь со специалистом. Менеджер подскажет, какое именно оборудование эффективнее всего справится с поставленной задачей.

противоречия и пути решения – тема научной статьи по прочим социальным наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

ОБУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯМ: ПРОТИВОРЕЧИЯ И ПУТИ РЕШЕНИЯ

Г. И.Попов

Россия, 105122, Москва, Сиреневый бульвар, 4, Российская государственная академия физической культуры

Аннотация: Рассматриваются основные противоречия при обучении движениям традиционными педагогическими методами. Разрешение этих противоречий видится автору в создании искусственной предметной среды, в которой выход на более высокие двигательные режимы обеспечиваются посредством различных по конструкции упругих рекуператоров энергии, воздействующих на биомеханические параметры движений, энергетические и функциональные системы организма. Показывается, что указанные биомеханические тренировочные приспособления позволяют усиливать прежде всего процессы рекуперации энергии в двигательных действиях спортсменов. Этим обеспечивается энергетический ресурс интенсификации двигательных режимов. Показано, что при таких средствах воздействия на спортсмена можно достигать рекордной для них результативности, что является конечной целью процесса спортивной подготовки.

Ключевые слова: биомеханика движений, обучение бегунов, упругие

рекуператоры энергии

Каждый тренер, готовящий своих учеников-спортсменов, хочет, чтобы они достигали в своем виде спорта выдающихся результатов. Если поставить перед собой и перед своим учеником задачу повышения спортивной результативности, вплоть до рекордной для него и его вида спорта, то ее можно решить двумя путями:

Первый путь – это традиционный многолетний процесс подготовки спортсменов с постепенным выходом на те биомеханические, функциональные и силовые показатели его двигательных действий, которые могут привести к значительному росту спортивных результатов.

На этом пути в процессе обучения (обучение понимается здесь не только как процесс начального освоения движения, но и как переход на более высокий уровень освоенности упражнения в рамках совершенствования движений) возникают некоторые противоречия [1,2].

Коренное противоречие обучения движениям заключается в том, что вся повседневная практика использования обучающих приемов построена на формировании внутреннего содержания движений посредством попыток обучаемого подражать каким-то эталонным внешним формам спортивного упражнения,

предъявляемого тренером в качестве образца. В то же время очевидно, что сами по себе внешние формы движений представляют собой следствие изменений их внутреннего содержания, а именно, координационного взаимодействия мышечных групп (межмышечная координация) спортсмена в конкретном спортивном упражнении. Осознанию рассматриваемого противоречия препятствовали не только укоренившаяся многовековая практика обучения на основе подражания, но и практическое отсутствие каких-либо методических средств для контроля за правильностью формирования внутреннего содержания движений. Невозможность для обучаемого сразу освоить выполнение сложного движения вынудила к использованию таких обучающих схем, в

которых двигательное задание осваивалось через его упрощение и расчленение на элементы.

Второе коренное противоречие также связано с закономерностями межмышечной координации. Это противоречие заключается в том, что наибольшая вероятность формирования рациональной межмышечной координации появляется лишь в условиях отсутствия внешних помех выполнению осваиваемых спортивных упражнений. В то же время известно, что начинающие спортсмены, выполняя свои и тренерские установки на увеличение результативности движений, повышая интенсивность их выполнения, увеличивают вероятность мешающих влияний на развитие движений прежде всего за счет нарушений межмышечной координации, недостаточной физиологической готовности и отставания в развитии физических качеств. Таким образом, получается, что освоение эффективных движений невозможно без выхода на тот режим деятельности, который осуществляется без помех, тогда как сам процесс достижения этого режима приводит к этим помехам.

Третье противоречие заключается в том, что обучение какому-либо спортивному движению начинается, как правило, на относительно низких уровнях развития физических качеств. Вследствие этого формируемое движение не может быть эффективным. Повторение упражнений формирует и закрепляет двигательный навык. С закреплением навыка закрепляется низкая результативность осваиваемого движения. Выход из данного противоречия на основе традиционных методических путей заключается в постоянном многоэтапном переучивании, в применении специальных средств, препятствующих закреплению навыка.

Из анализа указанных противоречий предлагается второй, принципиально иной путь обучения движениям. Суть его в том, что двигательный навык может формироваться не в естественных условиях, а в условиях специально созданной для этого внешней среды. В этом случае начальная целевая направленность обучения движению заключается в формировании новой ритмически-скоростной компоненты двигательного навыка, вплоть до соответствующей рекордной результативности. Т.е. основа предлагаемого способа – формирование координационного компонента на рекордных режимах. Но функциональные и физические возможности спортсмена не могут обеспечить рекордные движения в обычных условиях. А для этого и создана искусственная внешняя среда, задача которой – дать спортсмену силовые и энергетические добавки, которые необходимы для компенсации недостающих занимающемуся естественных сил и функциональных возможностей. Хотя в подобном подходе итоговый рекордный результат обеспечивается сочетанием естественных и искусственных сил, сами же системы движений и присущие им связи межмышечных координаций носят вполне естественный характер, способствующий формированию и постепенному закреплению ритмически-скоростной основы двигательного навыка. Задача тренера в последующем состоит в разумном сочетании естественных движений и движений в искусственных условиях выполнения упражнений и в последующем снижении доли искусственных добавок за счет роста объема упражнений, выполняемых в естественных условиях. Спортсмен и окружающая его внешняя среда (это, как правило, комплекс технических средств) представляют собой как бы две взаимосвязанные части единого управляющего контура, который настраивает всю систему естественных движений и искусственных влияний на них таким образом, чтобы при постепенно уменьшающейся искусственности постоянно обеспечивать максимальную реализацию естественных потенциальных возможностей спортсмена.

Специально (искусственно) созданные внешние условия реализуются в виде тренировочных приспособлений, тренажеров, спортивного инвентаря и экипировки. В каждом конкретном спортивном упражнении они обеспечивают энергетическую,

силовую, координационную помощь спортсмену, предохранение опорно-двигательного аппарата от перегрузок, улучшение управления двигательными действиями.

Назначение всего вышеперечисленного – помочь спортсмену выполнить упражнение с повышенными, в том числе и рекордными для него показателями. И прежде всего – помочь преодолеть энергетический барьер, который является главным препятствием при выходе на повышенную или рекордную результативность. Средством решения указанной проблемы являются упругие рекуператоры энергии [ 3 ].

Упругие рекуператоры энергии в тренажере «система облегчающего

лидирования»

Тренажер «система облегчающего лидирования» содержит вертикальную упругую связь, приложенную к спортсмену или со стороны передвижного устройства (мотоцикл), или от каретки на монорельсе, или от неподвижного кронштейна при беге на тредбане. Одним концом вертикальная упругая связь крепится к устройству на системе облегчающего лидирования, а другой – к телу спортсмена через ремень. Вертикальная упругая связь состоит из набора резиновых шнуров, количество которых меняется в соответствии с задачами подготовки. Вертикальная упругая связь может воздействовать на спортсмена двумя способами: изменением величины статического тягового усилия, приложенного к спортсмену за счет предварительного растяжения упругой связи и направленного противоположно вектору ускорения свободного падения, и изменением жесткости вертикальной упругой связи (увеличение числа резиновых шнуров).

В первой серии педагогических экспериментов проверялось воздействие вариаций вертикального тягового усилия на рекуперационные процессы в теле бегунов. Использовался тренажер системы облегчающего лидирования на базе тредбана. Испытуемые – бегуны на средние и длинные дистанции высокой квалификации (всего 11 человек в возрасте 18 лет – 21 год, все мастера спорта). Бег проводился на скорости 4.5 м/с.

Если уменьшаются абсолютные значения работы на перемещение звеньев опорно-двигательного аппарата, а по условиям опыта величина скорости бега спортсмена на тредбане остается неизменной при любых условиях воздействия, значит движения бегуна сопровождаются усилением механизмов рекуперации энергии.

Изменение величины тягового усилия влияет в большей степени на рекуперацию энергии за счет ее перехода из потенциальной в кинетическую и обратно (коэффициент к1 [4]). Результаты приведены в таблице 1.

Во второй серии экспериментов, проведенных с этими же бегунами на средние и длинные дистанции проверялось воздействие вертикальной упругой связи различной жесткости (упругости) на процессы рекуперации энергии: (при двух коэффициентах упругости С и 2С). Тяговое усилие со стороны вертикальной упругой связи бралось минимальным (1-2% от веса спортсмена). Некоторые результаты приведены в таблице

2.

Условия бега, создаваемые вертикальной упругой связью изменяемой жесткости, могут рассматриваться как средство усиления процессов рекуперации энергии механического движения с преобладанием механизма обмена энергией между звеньями тела бегуна.

Если за счет процессов рекуперации энергии уменьшаются абсолютные затраты механической энергии на перемещение спортсмена на одном скоростном режиме, то можно скорость бега повышать до таких величин, при которых передвижение спортсмена будет обеспечиваться соответствующими его уровню подготовленности и доступными для него затратами абсолютной механической энергии.

Таблица 1. Параметры, характеризующие механическую работу при различных величинах тягового усилия.

Отношение тягового усиления к весу спортсмена, % k1,% Wp W У¥пц W

стопа голень бедро

0 17 10 1. ц – внешняя работа в полуцикле, Wp – величина рекуперированной энергии, W – работа при беге на тредбане без вертикальной упругой связи.

Таблица 2. Некоторые энергетические показатели бега при ______различных коэффициентах упругости упругой связи.

Величина коэффициента упругости k1, % k2 опоры, % k2 полуцикла, %

Естественный бег С 2С 16.5 ± 0.5 16.8 ± 0.6 18.8 ± 0.6 72.0 ± 0.1 73.2 ± 0.6 76.5 ± 0.5 76.5 ± 0.3 77.3 ± 0.5 80.0 ± 0.3

к2 – коэффициент рекуперации, дающий верхнюю оценку возможного перехода

полной механической энергии между звеньями тела[4].

Упругие рекуператоры энергии типа «искусственная мышца»

Упругие рекуператоры энергии типа «искусственная мышца» – это набор резиновых шнуров, крепящийся одним концом к пяточной части кроссовок, а другим -к проксимальной части голени через манжет, т. е. располагающийся параллельно икроножной мышце. Это позволяет за счет деформации резиновых шнуров накапливать энергию в одних фазах движения, а в процессе отдачи этой энергии искусственным образом усиливать эффект другой фазы движения.

Назначение искусственных мышц – усилить процессы энергетической экономизации движений за счет передачи энергии от звена к звену. Искусственные мышцы могут использоваться в качестве дополнительной односуставной или двухсуставной мышцы.

Были проведены различные эксперименты по определению воздействия рекуператора «искусственная мышца» на показатели двигательной деятельности спортсменов-бегунов, специализирующихся в беге на средние и длинные дистанции. На основе этого проведено сравнение теоретических расчетов с реальными показателями экономизации метаболической энергии, полученными на основе данных непрямой калориметрии. Показано, что расчетная экономия энергии за счет передачи ее от звена к звену составляет 8. 600 м) со скоростью 85-90% от максимальной соревновательной. Отмечены в результате положительные изменения в биомеханических показателях и улучшение результативности у участников экспериментальной группы (Р<0.05). В контрольной группе это не наблюдается.

Опыты по выведению спортсменов на рекордную для них результативность в беге

на средние дистанции.

Как элемент в общей системе подготовки к крупным международным соревнованиям бегуны-средневики высшей квалификации использовали тренажер системы облегчающего лидирования на базе тредбана с вертикальной упругой связью. Тренировки проходили на рекордной скорости (6.35 м/с). В настоящем сообщении приводятся данные исследовательской части проекта, когда бег на рекордной скорости спортсмены выполняли до отказа.

В эксперименте приняли участие 3 мастера спорта и 3 мастера спорта международного класса. Преимущественное время бега до отказа у испытуемых составило 12 мин. На такой скорости, как была задана, в естественных условиях бега такое время не показывал ни один из испытуемых. Коэффициент рекуперации энергии к1 составил: фон – 17.7%, 2-я минута – 10.4%, 8-я минута – 18.5%, 12-я минута – 24.6%. И это все при достоверно более низких (до 12%) параметрах внешнего дыхания по сравнению с бегом в естественных условиях.

Некоторые фактические данные, полученные в эксперименте, приведены в таблице 3.

Длительное сохранение рекордного режима бега можно объяснить только резко возрастающей величиной рекуперированной энергии.

Таблица 3. Кинематические и энергетические параметры движения общего центра масс

бегунов в процессе эксперимента

Параметры Обычные условия Вертикальное тяговое усилие

2-я минута 8-я минута 12-я минута

¿опоры с A^олуцикла, с Wв. опоры – время опоры, ¿полуцикла – время одного бегового шага, Wв.пoЛуц – внешняя работа за беговой шаг, Wp – величина рекуперированной энергии.

Заключение

Рассмотренные в статье положительные эффекты воздействия упругих рекуператоров энергии на бегунов сохраняются и в попытках ближайшего последействия. При длительных циклах подготовки с использованием различных модификаций упругих рекуператоров энергии эффект от их применения сохраняется достаточно долго, чтобы можно было решить основную планируемую на цикл подготовки задачу – надежное повышение спортивного результата в основных соревнованиях сезона. Следовательно, механизмы рекуперации энергии поддаются направленному воздействию, а это в свою очередь обеспечивает формирование у спортсмена энергетически более рациональной структуры движения, а значит – дает возможность реально решить проблему преодоления энергетического барьера при переходе к бегу на большей скорости.

Использование приведенных в качестве примеров модификаций упругих рекуператоров энергии позволяет создать устойчиво воспроизводимую и объективизированную ориентировочную основу действия, что во многом позволяет разрешить первое и второе из указанных в начале противоречий.

Преодоление энергетического барьера в беге, а в более общем случае – оказание энергосиловых добавок спортсмену со стороны тренажеров различной направленности позволяет разрешить третье из указанных противоречий и сразу проводить тренировки на таких ритмо-скоростных режимах, которые соответствуют повышенным или даже рекордным результатам.

Литература

1. РАТОВ И.П. Противоречия совершенствования в движениях. Совершенствование управления системой подготовки квалифицированных спортсменов (теоретические аспекты): 4 – 26, Москва, 1980.

2. РАТОВ И.П. Проблемы преодоления противоречий в процессе обучения движениям и реализация дидактических принципов. Теория и практика физической культуры, 7: 40-44, 1983.

3. ПОПОВ Г.И. Биомеханические основы создания предметной среды для формирования и совершенствования спортивных движений. Дисс. докт. педаг. наук. Москва, 1992.

4. ЗАЦИОРСКИЙ В.М., ЯКУНИН Н.А. Механическая работа и энергия при локомоциях человека. Физиология человека, 4(6): 579-596, 1980.

TRAINING OF SPORTSMEN: CONTRADICTIONS AND METHODS OF THEIR OVERCOMING

G.I. Popov (Moscow, Russia)

The main contradictions of sportsmen training by traditional pedagogical methods are considered. The overcoming of these contradictions in author’s opinion may be realized by creation of artificial medium. It will allow to receive new motive conditions with elastic recuperators of energy. It is shown that these methods of training lead to records of sportsmen.

Key words: biomechanics of motion, training of runners, elastic recuperators of energy

Получено 29 мая 2000

Рекуператор или приточка: что выбрать для дома?

Наличие правильного воздухообмена является ключевым фактором комфорта в доме и здоровья домочадцев. И тогда сама собой напрашивается мысль о создании правильной вентиляции. В последнее время чего только нет на рынке климатического оборудования! Неподготовленному человеку трудно разобраться в том, что ему действительно необходимо для создания комфортного микроклимата в квартире.
Давайте разберёмся, для чего служат, к примеру, приточные вентиляционные клапаны, приточные установки и рекуператоры.

1. Приточный стеновой клапан с регулируемым открыванием КИВ-125  (он же КПВ, он же KIV и альпийская форточка)  обеспечивает поступление свежего воздуха в жилые  или другие помещения с постоянным нахождением людей.

Применяется в системах естественной и механической вентиляции. Клапан имеет защиту от насекомых, шума, пыли, от промерзания стены и выпадения конденсата, а также регулировку количества поступающего воздуха. Регулировать поток проходящего через клапан воздуха можно при помощи рукоятки на оголовке клапана или специального шнура, если клапан расположен высоко. На оголовке клапана расположена шкала, указывающая степень открытия клапана. Клапан имеет плавную регулировку вплоть до полного закрытия. КИВ-125 не требует никаких затрат электроэнергии.
Как он работает? Существующая вытяжка (вентканалы, расположенные на кухне и в санузлах), удаляя отработанный воздух, создаёт разряжение в помещениях квартиры, и за счет этого разряжения в помещение через клапаны КИВ-125 поступает свежий наружный воздух.

2. Приточная установка iFresh обеспечит Вас очищенным свежим воздухом для комфортного проживания и работы.

Преимущества:
* Двойная очистка воздуха.
* Встроенный двухступенчатый керамический нагреватель — для вентиляции в холодное время года.
* Высокоэффективный вентилятор — для тихой работы (от 21 дБ) с минимальным потреблением электроэнергии.
* Производительность от 40 до 120 м³/ч

3. Рекуператор воздуха — это устройство приточно-вытяжной вентиляции для квартиры и комнаты, для частного дома и дачи.

 

Рекуператор воздуха проветривает ваше помещение путем удаления старого воздуха и притока нового, очищенного фильтром, внутрь помещения. В процессе обмена воздуха происходит рекуперация, передача энергии от выходящего воздуха входящему. Этим рекуператор экономит энергию, затраченную на отопление зимой и кондиционирование летом.

                                                                     * * * * *
Для эффективной работы приточного клапана или установки вытяжка должна быть активной. Активная вытяжка – это любая стабильно работающая вытяжная система – механическая (с помощью вентиляторов) или естественная (вентканалы, расположенные на кухне и в санузлах). Для гарантированной работы вентиляции в квартире в любой сезон, независимо от этажа, рекомендуется устанавливать вытяжные вентиляторы на кухнях и в санузлах.
Рекуператоры работают независимо от наличия вытяжных каналов. Мы помним, что в задачи рекуператоров, помимо притока свежего воздуха, входит выведение отработанного воздуха.
НО! Естественная вытяжка есть в каждом доме. Именно поэтому, устанавливать рекуператоры в жилых помещениях, на наш взгляд, нецелесообразно. Они, скорее, подойдут для помещений, в которых совсем нет вытяжки (гараж, сарай, кладовка и т.д.). Обещанная экономия электроэнергии — тоже спорный вопрос, поскольку объёма поступающего воздуха будет явно недостаточно – не более 40 м³/ч. А разве этого Вы хотели добиться, заботясь о проветривании своего дома? Да и подогрева воздуха в мороз Вы тоже не почувствуете.

Если Вам нужна действительная экономия, то рекомендуем рассмотреть приточные клапаны КИВ-125. Производительность клапана зависит от создаваемого вытяжкой разряжения:
при разряжении 20 Па (создаёт механическая вытяжка) – 50 м³/ч;
при разряжении 10 Па (создаёт естественная вытяжка) – 35 м³/ч.

Если же Вам хочется большего притока свежего, очищенного и, при необходимости, ощутимо подогретого воздуха, стоит задуматься уже о приточной вентиляционной установке.

И ещё один немаловажный момент:
для наружного отверстия до 150 мм (которое необходимо для монтажа, например, КИВ-125 или iFresh) не требуется согласование (если здание не является объектом культурного наследия):

4.3.7.* Устройство систем кондиционирования и вентиляции без наружного блока с подачей воздуха через отверстие в стене диаметром до 0,15 м, скрытое заборной решеткой, допускается повсеместно (для объектов культурного наследия – по согласованию с КГИОП).

*Постановление Правительства города Санкт-Петербурга “Об утверждении правил содержания и ремонта фасадов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге” (№1135 от 14.09.2006 г.)

Для монтажа рекуператоров требуется наружное отверстие большего диаметра — 180 мм.

 

Рекуператоры воздуха.

Пластинчатый рекуператор

Устройство представляет собой набор алюминиевых пластин с обеих сторон которых проходят потоки уходящего загрязненного и свежего воздуха. Удаляемый из помещения воздух, отдает тепло пластинам, а затем их энергию получает свежий приточный воздух. При такой конструкции нет смешивания обоих воздушных потоков, возврат тепла обеспечивается на уровне 60—70%.

Надо помнить, что в таких устройствах возможно образование конденсата и его замерзание в зимнее время. Поэтому здесь предусматриваются системы отвода воды и размораживания. Положительным моментом является отсутствие подвижных частей, что облегчает обслуживание оборудования, упрощает конструкцию и обеспечивает сравнительно низкую цену рекуператора.

Роторное оборудование

Принцип работы заимствован у двигателя внешнего сгорания Стирлинга. Вращающийся ротор представляет собой некую массу вещества периодически отдающую и принимающую тепловую энергию.

Удаляемый воздух отдает тепло той части ротора, через который проходит отводящий канал. Через половину оборота эта часть оказывается на пути приточного, свежего воздуха, который нагреваясь, поступает в помещение.

Такая конструкция теплообменника допускает некоторое смешение двух потоков воздуха, устраняемое правильным расположением вентиляторов. Уровень теплообмена регулируется изменением скорости вращения ротора.

Камерные рекуператоры

Представляют собой камеру из двух частей, разделенных заслонкой. Уходящий теплый воздух нагревает половину камеры, после этого заслонка направляет воздушный поток так, что свежий воздух нагревается от теплых стен камеры. Недостатком является некоторое подмешивание загрязненного воздуха в свежий.

Устройства с промежуточным теплоносителем

Применяются в системах с невозможностью смешивания двух потоков воздуха — загрязненного и свежего, а также при больших расстояниях между «приточкой» и «вытяжкой».

Удаляемый воздух передает тепло теплоносителю в теплообменнике, находящемуся в вытяжной половине установки. Далее теплоноситель поступает в теплообменник «приточки». Свежий воздух, проходя через него, нагревается. Теплоносителем может являться вода или другая специальная жидкость.

Компания «ВИМ ИНДАСТРИ» предлагает купить рекуператоры воздуха, которые подойдут для работы как в производственных, так и в административных помещениях. Цена рекуператоров воздуха зависит от их вида и производительности.

Проект 3: Высокоэффективные рекуператоры для циклов утилизации отходящего тепла

Предпосылки: Повышение энергоэффективности в системах обслуживания судов может быть получено путем объединения существующего газового цикла Брайтона с циклом, в котором используется отработанное тепло выхлопных газов турбины. Существует несколько вариантов утилизации отработанного тепла в судовых системах либо для дополнительной выработки электроэнергии, либо для охлаждения / кондиционирования воздуха. Среди различных вариантов, доступных для производства электроэнергии, сверхкритические циклы диоксида углерода (sCO2) привлекают все большее внимание в последние годы из-за его относительно высокой эффективности (~ 50%) при умеренных температурах источника (~ 550 C), небольшого размера и простого управления. .Другие возможности включают использование. Решающим для любого из вышеупомянутых методов повышения энергоэффективности является эффективный рекуператор, который отбирает тепло из выхлопных газов газовой турбины и передает его рабочей жидкости вторичного цикла. Ключевыми характеристиками рекуператора являются его компактность и низкое противодавление в выхлопе турбины (обычно менее 5 дюймов водяного столба), а также способность выдерживать термоциклирование.

Учитывая важную роль рекуператора в системах рекуперации отходящего тепла, крайне важно, чтобы его теплогидравлические характеристики были оптимизированы для желаемого применения.

Цель проекта: Целью этого проекта является разработка экспериментально подтвержденной конструкции компактного рекуператора для циклов переключения sCO2. Принципы, использованные в конструкции рекуператора, также могут быть использованы при проектировании блоков рекуперации тепла с низким противодавлением для использования в циклах абсорбции / адсорбции и других применениях.

Детали проекта: Цели проекта:

• Создание упрощенной тепловой, гидравлической и механической модели для проектирования рекуператора
• Проверить механическую целостность и теплогидравлические характеристики выбранной конструкции на основе выходных данных модели на основе лабораторных экспериментов
• Оптимизировать конструкцию рекуператора с учетом реальных ограничений противодавления в системе

Ведущее исследовательское подразделение: Западный центр эффективности охлаждения Калифорнийского университета в Дэвисе

Главный исследователь: Dr.Винод Нараянан

Ассоциированный персонал / исследователи: Тереза ​​Писточини

Оптимальная конструкция рекуператоров микропробирок для непрямой сверхкритической рекомпрессии диоксида углерода замкнутого цикла Брайтона (Журнальная статья)

Цзян, Юань, Лизе, Эрик, Зитни, Стивен Э. и Бхаттачарья, Дебангсу. Оптимальная конструкция микропробирок-рекуператоров для непрямого сверхкритического повторного сжатия диоксида углерода в замкнутом цикле Брайтона .США: Н. П., 2018. Интернет. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2018.02.082.

Цзян, Юань, Лизе, Эрик, Зитни, Стивен Э. и Бхаттачарья, Дебангсу. Оптимальная конструкция микропробирок-рекуператоров для непрямого сверхкритического повторного сжатия диоксида углерода в замкнутом цикле Брайтона . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.02.082

Цзян, Юань, Лизе, Эрик, Зитни, Стивен Э., и Бхаттачарья, Дебангсу. Солнце . «Оптимальная конструкция микропробирок-рекуператоров для непрямой сверхкритической рекомпрессии диоксида углерода в замкнутом цикле Брайтона». Соединенные Штаты. https://doi. org/10.1016/j.apenergy.2018.02.082. https://www.osti.gov/servlets/purl/1433634.

@article {osti_1433634,
title = {Оптимальная конструкция рекуператоров микропробирок для непрямого сверхкритического повторного сжатия диоксида углерода в замкнутом цикле Брайтона},
author = {Цзян, Юань и Лизе, Эрик и Зитни, Стивен Э.и Бхаттачарья, Дебангсу},
abstractNote = {В этой статье представлен базовый подход к проектированию и оптимизации, разработанный в Aspen Custom Modeler (ACM) для микротрубных кожухотрубных теплообменников (MSTE), используемых для рекуперации при высоких и низких температурах в непрямой сверхкритической двуокиси углерода (sCO2) мощностью 10 МВт (эл.) ) закрытый цикл Брайтона рекомпрессии (RCBC). Рекуператоры типа MSTE спроектированы с использованием одномерных моделей с теплогидравлическими корреляциями, подходящими для sCO2, и моделей свойств, которые фиксируют значительные нелинейные изменения свойств CO2 вблизи критических и псевдокритических точек. Используя алгоритм последовательного квадратичного программирования (SQP) в ACM, оптимальные конструкции рекуператора получаются либо для индивидуальных, либо для стандартных микропробирок с учетом ограничений, основанных на современных передовых технологиях производства. Три переменные решения - это количество трубок, отношение шага трубы к диаметру и диаметр трубы. Рассмотрены пять различных целевых функций, основанных на различных ключевых конструктивных решениях: минимизация общей площади теплообмена, объема теплообменника, веса металла, времени термической обработки и максимизации компактности.Исследования чувствительности показывают, что ограничение максимального количества трубок на кожух влияет на количество параллельных цепей теплообменников, но не на выбор труб, общее количество трубок, длину трубок и другие ключевые конструктивные меры в окончательной оптимальной конструкции с учетом отраслевого стандарта. трубки. В этом исследовании оптимально спроектированные рекуператоры для высоких и низких температур имеют 47 000 трубок 3/32 дюйма и 63 000 трубок 1/16 дюйма соответственно. Кроме того, изучается чувствительность к расчетному температурному подходу и максимально допустимому падению давления, поскольку эти характеристики существенно влияют на оптимальную конструкцию рекуператоров, а также на тепловой КПД и экономические показатели всего цикла Брайтона sCO2.},
doi = {10.1016 / j.apenergy.2018.02.082},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1433634}, journal = {Applied Energy},
issn = {0306-2619},
число = C,
объем = 216,
place = {United States},
год = {2018},
месяц = ​​{2}
}

Применение и дизайн | Вентиляция с рекуперацией энергии

Рекомендации по применению

Вентиляция и ее роль в IAQ:

Сообщество HVAC играет жизненно важную роль в создании здоровой внутренней среды, в которой можно жить, учиться, работать и играть.Поскольку половина всех заболеваний связана с загрязнителями воздуха в помещениях, EPA объявило качество воздуха в помещениях приоритетной задачей общественного здравоохранения. Вентиляция наружным воздухом – единственная стратегия, которая может одновременно снизить уровни всех загрязнителей в помещении. Эта стратегия, в целом соответствующая принципу разбавления, показана на иллюстрации ниже.

Принцип разбавления

Каждое удвоение скорости вентиляции приводит к снижению на 50% концентрации всех постоянных исходных загрязнителей воздуха, равномерно смешанных в помещении.При 1,0 ACH концентрации загрязняющих веществ снижаются в 5 раз. Национальные, государственные и местные нормы предписывают минимальную интенсивность вентиляции наружным воздухом на основе стандарта ASHRAE 62 «Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении». Задача состоит в том, чтобы подавать наружный воздух на уровнях, требуемых правилами, при сохранении комфорта в помещении и экономии энергии.

Почему вентиляция с рекуперацией энергии:

Требования Строительного кодекса для увеличения скорости вентиляции наружным воздухом выдвинули новые требования к оборудованию HVAC и к эксплуатационным бюджетам зданий. Вентиляция с рекуперацией энергии снижает нагрузку на систему из-за наружного воздуха за счет использования уже проделанной работы по обогреву, охлаждению, увлажнению или осушению помещения. Вместо того, чтобы выводить энергию здания наружу, она временно улавливается на поверхностях теплообменника колеса энтальпии, а затем высвобождается для предварительного нагрева, предварительного охлаждения, увлажнения или осушения поступающего воздуха. Колеса энтальпии делают это с исключительной эффективностью и являются ведущей технологией для достижения энергосбережения при вентиляции для здоровья и комфорта.

Следующие два рисунка иллюстрируют мощность обмена энтальпией. Первая диаграмма показывает результат простого добавления требуемой нагрузки от усиленной вентиляции к нормальной технологической линии кондиционирования воздуха.

На диаграмме ниже показана новая технологическая линия при использовании восстановления энтальпии. Как можно видеть, экономия охлаждающей нагрузки (работы) является прямым результатом разницы в двух энтальпиях. конструкция, которая оптимизирует площадь поверхности рекуперации энергии для данного диаметра и глубины роторного теплообменника.Кроме того, матрица из полимерной пленки предлагает идеальные свойства, которые ограничивают непродуктивную осевую проводимость тепла. Эта комбинация обеспечивает требуемую производительность в тонкой и легкой конфигурации.

Все энтальпийные колеса Airxchange с адсорбционным покрытием устойчивы к коррозии. Их можно мыть благодаря запатентованным и запатентованным процессам, которые закрепляют осушитель на матричной основе с помощью прочного механического соединения без использования адгезивов. Принимая во внимание различные потребности сегментов унитарной упаковки и обработки воздуха коммерческого оборудования для кондиционирования помещений, компоненты Airxchange доступны в конфигурациях со стандартной матрицей и канальной матрицей.

Стандартная матрица

В стандартной конструкции используется серия небольших конических внутренних углублений (зазоров) для разделения слоев пленки и определения геометрии матрицы.

Стандартная конструкция всегда подходит для вентиляции в комфортных условиях и обычно указывается для:

Автономные ERV

Принадлежности или интеграция в комплектное единое оборудование HVAC

Матрица каналов

Доступны компоненты с воздушным обменом глубиной 3 дюйма в конфигурации Channel Matrix с дополнительным регулируемым сектором механической продувки.В колесах с канальной матрицей используется такая же идеальная параллельная геометрия пластин, что и в стандартной конфигурации, однако внутренние стойки представляют собой осевые выступы, которые разделяют потоки всасываемого и выходящего воздуха, определяя геометрию матрицы.

При конфигурации матрицы каналов может потребоваться сектор механической продувки для управления количеством отработанного воздуха, который передается в поток приточного воздуха с помощью механизма переноса. Используя регулируемый сектор продувки, унос можно снизить до менее 1% при ограничении избыточной энергии вентилятора до менее 10%. Эта конфигурация идеальна для кондиционеров воздуха и других приложений с высоким давлением, где стандартная матрица может допускать более высокий перенос или чрезмерные потери энергии вентиляторами. Он также отвечает требованиям приложений и технических спецификаций, в которых необходимо ограничить рециркуляцию отработанного воздуха.

Защита от замерзания

Защита от замерзания требуется в чрезвычайно холодном климате для сохранения производительности и обеспечения непрерывной подачи наружного воздуха. Стратегии борьбы с обледенением с помощью колеса энтальпии используют преимущества изначально низких пороговых значений обмерзания, что приводит к минимальному использованию энергии и максимальному снижению проектной нагрузки.

Порог замерзания

Из-за образования инея уменьшается поток воздуха через теплообменник. Без защиты от замерзания рекуперация энергии и воздушный поток могут быть значительно уменьшены. Пороговая температура замерзания – это точка, при которой на поверхностях теплообменника начинает накапливаться изморозь. Это функция как температуры наружного воздуха, так и относительной влажности в помещении. На следующем рисунке сравнивается порог замерзания пластинчатого теплообменника с теплообменником энтальпии.

Обратите внимание, что в то время как иней образуется при температуре от 22 ° F до 30 ° F в пластинчатом теплообменнике, пороги замерзания для энтальпийных колес обычно на 20–30 градусов ниже. Это связано с тем, что колесо энтальпии удаляет воду из потока отработанного воздуха, эффективно понижая точку росы отработанного воздуха. Удаляемая вода впоследствии улавливается путем десорбции, повторного испарения или сублимации поступающим наружным воздухом.

Для получения информации о стратегиях борьбы с замерзанием, пожалуйста, обратитесь к нашему техническому примечанию: Щелкните здесь

Силикагель-осушитель

Что это такое?

Силикагель – высокопористый твердый адсорбирующий материал, структурно напоминающий жесткую губку.Он имеет очень большую внутреннюю поверхность, состоящую из множества микроскопических полостей и обширную систему капиллярных каналов, которые обеспечивают пути, соединяющие внутренние микроскопические полости с внешней поверхностью губки. Колеса энтальпии силикагеля переносят воду, вращаясь между двумя воздушными потоками с разным давлением пара. Перепад давления пара заставляет молекулы воды входить и выходить из этих полостей для переноса влаги из более влажного воздушного потока в более сухой воздушный поток.

Адсорбция: силикагель vs.Молекулярное сито

На следующем рисунке показана характеристическая кривая адсорбции воды на силикагеле. Он показывает процентную долю адсорбированной массы в зависимости от относительной влажности воздушного потока, контактирующего с силикагелем. Количество адсорбированной воды линейно возрастает с увеличением относительной влажности до тех пор, пока относительная влажность не достигнет около 60%. Затем он достигает плато при адсорбции более 40%, когда относительная влажность приближается к 100%. Напротив, кривая для молекулярных сит быстро поднимается до плато при примерно 20% адсорбции при 20% R.H.

График объясняет следующие особенности применения:

• Молекулярные сита предпочтительны для регенерированных применений, таких как системы адсорбционного охлаждения и осушения, которые должны снижать потоки обрабатываемого воздуха до очень низкой относительной влажности.
• Силикагель обладает превосходными характеристиками для рекуперации энергии кондиционирования помещения из отработанного воздуха и работы в условиях высокой относительной влажности на улице. Другой ключевой момент заключается в том, что перенос воды путем сорбции / десорбции не зависит от температуры.Таким образом, колесо энтальпии силикагеля работает, чтобы уменьшить скрытую нагрузку в сложных условиях частичной нагрузки.

Продувка

Продувка удаляет отработанный воздух, который в противном случае попадал бы в поток приточного воздуха посредством вращающейся матрицы колеса. Наружный воздух используется для очистки или продувки матрицы колеса перед тем, как он повернется от
потока отработанного воздуха к потоку приточного воздуха. Движущей силой продувочного потока является перепад давления между наружным воздухом и отсеками возвратного воздуха, примыкающими к колесу.Очистка осуществляется с помощью матрицы колеса или механическими средствами.

Два варианта технологии очистки

Airxchange предлагает две различные технологии для поддержки процесса очистки.

• Продувка через матрицу с использованием стандартных компонентов матрицы
• Матрица каналов с дополнительной механической продувкой

Рекомендации по проектированию

• Если требуется продувка, необходимо учитывать следующие конструктивные соображения:
• Регулировка вентиляторов и давления таким образом, чтобы любая утечка через уплотнение происходила от подачи к выпуску.
• Обеспечение того, чтобы давление не было чрезмерным, что приводит к потере энергии вентилятора.
• Следующая диаграмма определяет терминологию воздушного потока с учетом продувки.

• EATR (%) состоит из переходящей утечки в результате вращения колеса от возвратного воздуха к приточному и любой утечки через уплотнение в этом направлении за вычетом воздействия продувки. Продувочный воздушный поток удаляет возвратный воздух из объема колеса до того, как он попадет на сторону подачи компонента.
• Поправочный коэффициент для наружного воздуха (OACF) – это разница в расходе воздуха, измеренная между OA и SA, представленная в виде отношения. OACF включает воздух, потерянный в результате продувки и утечки из потока наружного воздуха в поток выхлопных газов.Соответственно, OACF используется для определения размеров вентиляторов.

Продувка через матрицу

В этой технологии используется стандартная матрица передачи энергии Airxchange. Он хорошо подходит для комфортных приложений, где допустимы значения EATR от 4% до 6%. Производительность продувки через матрицу сравнима с производительностью секторов механической продувки, снабженных зубчатыми колесами, однако продувка через матрицу дешевле и проще для большинства полевых применений. Эффективная продувка, обеспечивающая EATR 1% или меньше, может быть достигнута с помощью технологии сквозной матрицы, когда разница статического давления положительна от подачи к выпуску на обеих сторонах колеса.За счет оптимального использования характеристик системы и размещения вентилятора EATR (перекрестная утечка) может удерживаться на уровне 1% или меньше. Например, в конфигурации протяжки и протяжки, показанной ниже, где все статические давления отрицательны, номинальная дельта P колеса составляет 1 дюйм с обеих сторон.

Типичные данные для стандартных колес с продувкой через матрицу приведены в следующей таблице, которая показывает, что для получения EATR менее 1% будет использоваться до 14% потока, входящего в
, будет использоваться кожух наружного воздуха. продуть матрицу и уплотнители в выхлопной отсек.Для этого вытяжной вентилятор должен иметь размер, обеспечивающий 114% нормального потока.

Матрица каналов с механической продувкой

Матричная технология каналов воздухообмена является вариантом выбора для ограничения чрезмерной утечки воздуха в критически важных приложениях с более высоким давлением. Канальная технология приводит к большей экономии энергии
во всей системе. Эти конструкции требуют механической продувки, если необходимо минимизировать влияние уноса отработанного воздуха. Это клиновидный сектор, который улавливает и перенаправляет приточный воздух на выхлопную сторону.

Таким образом, конструкции с матрицей каналов:

Ограничьте чрезмерную утечку воздуха и ограничьте возникающие в результате дополнительные требования к энергии вентилятора в приложениях с высоким перепадом давления

С регулируемой продувкой ограничьте EATR (перенос отработанного воздуха или перекрестную утечку) до меньшего более 1% в чувствительных приложениях в широком диапазоне перепадов давления

На следующей диаграмме показаны воздушные потоки и дельта P:

Движущие силы для OACF и продувки создаются за счет давления в камере сгорания в колесном отсеке и регулируются системой и потеря давления компонентов и размещение вентилятора.
EATR, равный 1% или ниже, может быть обеспечен всякий раз, когда давление положительное от подачи к выпуску с обеих сторон колеса.

Значения герметичности для конкретных приложений можно получить с помощью программного обеспечения Airxchange AIRX 3.0. Щелкните здесь, чтобы узнать больше

Сертифицированные ARI рейтинги утечки можно получить в справочнике ARI.

Влияние на производительность неравномерных воздушных потоков:

Когда потоки наружного и вытяжного воздуха равны в номинальных условиях ARI, система сбалансирована и рекуперация энергии эффективность одинакова для обоих потоков.Это приводит к максимальной эффективности восстановления всей системы вентиляции. Как показано на соседнем графике, когда потоки воздуха неравны, эффективность более высокого воздушного потока уменьшается, а эффективность более низкого воздушного потока увеличивается. Этот дисбаланс в системе здания компенсируется инфильтрацией или эксфильтрацией с эффективностью рекуперации энергии 0%. Таким образом, несбалансированный поток снижает выгоду от рекуперации энергии для системы здания. Влияние неравномерного расхода воздуха на эффективность потенциально значимо и может быть рассчитано следующим образом:

1. Определите коэффициент расхода.
2. Коэффициент расхода = CFMmin / CFM max
   Используйте соседний график, чтобы найти влияние на эффективность
   , поместив значение коэффициента расхода на оси X и проведя
   вертикальную линию от этой точки. Emax будет нижней линией
   , а Emin будет верхней линией.

Пример:

Наружный воздух = 5000 кубических футов в минуту; Вытяжной воздух = 4000 кубических футов в минуту
Для коэффициента расхода 4000 кубических футов в минуту / 5000 кубических футов в минуту = 0,8
приводит к следующему значению:
Emax = на 12% ниже, а Emin = на 6% выше.

Таким образом, если базовая эффективность системы составляет 80%, эти неравные потоки приводят к Emax = 68% и Emin = 86%.

Программа моделирования производительности Airxchange AIRX 3.0 автоматически рассчитывает производительность для условий несбалансированного потока. Для получения дополнительной информации щелкните здесь

Варианты расположения вентилятора:

НИОКР: Восстановление механической энергии | Проект

Исследования и разработки (НИОКР)

Рекуперация механической энергии

С 2012 года по настоящее время Андрей Война занимается разработкой конструкций приводов и систем Рекуперации механической энергии.

Регенеративное торможение – это тип торможения, при котором кинетическая энергия движущегося транспортного средства накапливается (например, в маховике) или преобразуется в другой тип энергии (электрическую, потенциальную) для дальнейшего использования при движении с места и ускорении.

Сегодня рекуперативное торможение широко используется в электрических и гибридных транспортных средствах, где электроэнергия, генерируемая во время торможения, используется для подзарядки аккумуляторов. Однако такая система рекуперации энергии часто подвергается критике.В городском цикле тормозной путь очень мал по сравнению с пройденным путем и обычно составляет несколько десятков метров. На таком небольшом расстоянии аккумуляторы не успевают зарядить рекуперативным током, экономия энергии за счет рекуперации в лучшем случае составляет доли процента, поэтому система рекуперативного торможения с преобразованием в электричество малоэффективна и часто не оправдывает сложности дизайна.

Известны такие системы рекуперативного торможения транспортных средств, в которых для накопления энергии используются маховики, упругие элементы, гидравлические и пневматические аккумуляторы.Однако ни одна из этих концепций пока не дошла до практической реализации с ощутимым экономическим эффектом. Ближе к практическому применению рекуперации механической энергии подошли создатели системы KERS (Kinetic Energy Recovery System). Это система рекуперации кинетической энергии. Эта разработка была реализована в гоночных автомобилях «Формула-1». Она представляла собой маховик, способный разгоняться до 60 000 об / мин и накапливать кинетическую энергию вращающихся масс.

Позже Volvo пыталась использовать такие системы на своих автомобилях, но система рекуперации была слишком сложной и дорогой, и поэтому не была внедрена в массовое производство.

Собственные разработки

Таким образом, были сформулированы следующие задачи исследования:

– разработать простую и эффективную систему рекуперации механической энергии без преобразования в другие виды энергии;

– для адаптации системы восстановления для использования в городских условиях для движения транспортных средств с малым ускорением замедления и разгона на коротких дистанциях;

– изготовление опытных образцов рекуператоров и проведение экспериментальных исследований для уточнения теории, подтверждения работоспособности и экономической эффективности таких устройств.

За последние 5 лет Андрей Война выполнил большой объем научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в этом направлении. Он разработал ряд конструкций рекуператоров механической энергии, которые, как утверждается, могут эффективно использоваться в транспортных средствах для экономии топлива в плотном городском потоке. Предлагаемые схемы рекуператоров основаны на идее объединения двух типов накопителей механической энергии: маховиков, способных аккумулировать кинематическую энергию вращающихся масс, и упругих элементов, позволяющих аккумулировать потенциальную энергию упругой деформации.Кроме того, наличие упругих элементов позволяет значительно снизить потери проскальзывания в фрикционной муфте при включении теплообменника.

Разработки были представлены на Международных салонах изобретений и инновационных технологий 2015-2017 гг.

Золотая медаль и диплом Международного салона изобретений «Lepin Contest» (Париж, Франция, 2015)

Золотая медаль и диплом 18-го Московского международного салона изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2015)

Золотая медаль и диплом на Международной выставке изобретений, инноваций и технологий INVETICA-2017 (Яссы, Румыния, 2017)

Air to Air Energy Recovery

Мороз в Монреале

Вернитесь в Монреаль и подумайте, что происходит зимой.Возвратный воздух – это источник энергии, который можно использовать для обогрева наружного воздуха. По мере передачи энергии температура возвратного воздуха падает. В какой-то момент температура возвратного воздуха может достигнуть условий замерзания (32 ° F (0 ° C)). Если возвратный воздух насыщен (в точке росы), на устройстве рекуперации начнет образовываться иней, что сделает его бесполезным и, возможно, повредит его.

На психрометрической диаграмме красная линия S _sa показывает явное тепловыделение в потоке приточного воздуха – это повышение температуры на 65 ° F (36 ° C).Если предположить, что потоки приточного и вытяжного воздуха равны, тогда температура возвратного воздуха упадет с 72 ° F (22 ° C) до 6,8 ° F (-14 ° C). Зеленая линия S _ra показывает явные тепловые потери в потоке возвратного воздуха. В этом примере относительная влажность возвратного воздуха составляет 20%. Это означает, что возвратный воздух достигнет насыщения по мере того, как он достигнет температуры замерзания, и возникнет мороз. Если бы относительная влажность возвратного воздуха была ниже 5%, обмерзание не произошло. Очень трудно узнать, когда и произойдет ли обледенение, потому что оно очень чувствительно к уровню влажности в здании.

Красные линии E _sa и зеленые E _ra показывают тот же процесс, но с устройством для восстановления энтальпии. Ключевое отличие здесь заключается в том, что при понижении температуры возвратного воздуха по мере того, как энергия передается, как в разумном устройстве, также передается влажность, что снижает точку насыщения (линии имеют наклон на психрометрической диаграмме). В зависимости от климата это может увеличить годовую экономию энергии на 5–15%, поскольку вы можете извлекать больше ощутимого тепла из потока возвратного воздуха без обледенения.

Технически ротор способен обеспечивать рекуперацию тепла зимой, но не выдерживает (замерзнет). Большинство программ выбора оборудования показывают полную способность рекуперации энергии, но предупреждают о возможном замораживании. В правильно спроектированной вентиляционной установке способность рекуперации будет регулироваться таким образом, чтобы блок не замерзал. Это не означает, что регенерация прекращается, а означает, что независимо от того, насколько холоднее становится снаружи, фиксированное количество энергии будет извлекаться из возвратного воздуха и использоваться для нагрева наружного воздуха.Поскольку температура наружного воздуха продолжает падать, температура приточного воздуха будет падать, но теплопередача останется постоянной.

Рекуперация отходящего тепла

Рекуперация отходящего тепла

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Рекуперация отходящего тепла – это использование тепловой энергии, которая в противном случае передавалась бы в окружающую среду для выполнения полезной функции.Примеры двигателей внутреннего сгорания включают использование охлаждающей жидкости двигателя для обогрева кабины, турбонаддув для увеличения удельной мощности, нижние циклы для получения дополнительной работы от выхлопных газов или встроенный выпускной коллектор для облегчения прогрева двигателя.

WHR в двигателях внутреннего сгорания

Рекуперация отходящего тепла (WHR) – это использование тепловой энергии, которая в противном случае передавалась бы в окружающую среду для выполнения полезной функции. Во многих случаях WHR позволяет избежать или уменьшить потребность в дополнительном вводе топливной энергии, которая в противном случае потребовалась бы для достижения этой функции.Примеры двигателей внутреннего сгорания:

• Использование охлаждающей жидкости двигателя для обогрева кабины
• Турбонаддув для увеличения удельной мощности
• Нижние циклы для получения дополнительной работы от выхлопных газов
• Встроенный выпускной коллектор для облегчения прогрева двигателя

Основные пути отвода тепла в двигателе внутреннего сгорания, которые являются потенциальными кандидатами на WHR, включают горячие выхлопные газы, выпускаемые из выхлопной трубы, радиатор охлаждающей жидкости двигателя, а также охладители EGR и наддувочного воздуха.

Во многих случаях цель WHR – произвести дополнительную работу. Источники тепла более высокого качества позволяют преобразовать большую часть отработанного тепла в работу. «Качество» конкретного источника тепла для целей WHR в значительной степени зависит от его температуры. Чем выше температура среды, тем выше ее энтропия, что позволяет преобразовать большую часть тепла в полезную работу (т.е. эффективность выше или выше эксергия). Например, можно ожидать, что система WHR, приводимая в действие теплом от охладителя EGR в контуре EGR высокого давления, будет иметь более высокий КПД, чем аналогичная система, рекуперирующая тепло из выхлопных газов выхлопной трубы.

Отработанное тепло от теплового двигателя или электростанции отводится в окружающую среду либо через теплообменник, либо непосредственно за счет выброса горячей рабочей жидкости. В двигателе внутреннего сгорания используются оба из них: горячий выхлопной газ, рабочая жидкость двигателя, выбрасывается непосредственно в окружающую среду, а теплообменники используются для отвода тепла в окружающую среду от охлаждающей жидкости двигателя, охладителя системы рециркуляции отработавших газов, охладителя наддувочного воздуха и масляный радиатор.

На рисунке 1 показаны основные пути отвода тепла в дизельном двигателе большой мощности, которые являются потенциальными кандидатами на утилизацию отработанного тепла [3706] .Полезность этих источников тепла для целей WHR зависит от:

• их температура,
• количество тепла, доступного от каждого источника и
• количество тепла от каждого источника, которое может быть восстановлено.

Рисунок 1 . Основные источники тепловых потерь ДВС

На рис. 2 более подробно показана температура различных потоков отвода тепла, показанных на рис. 1, для тяжелого дизельного двигателя в зависимости от мощности двигателя.Данные были собраны при частоте вращения двигателя 53 и условиях нагрузки, и изменения в рециркуляции отработавших газов и температуре выхлопных газов представляют собой эффекты скорости / нагрузки, не улавливаемые влиянием мощности двигателя [3709] .

Рисунок 2 . Температура различных потоков отходящего тепла в дизельном двигателе большой мощности

Двигатель: 2011 12,8 л Mack MP8-505C 505 л.с. (377 кВт) при 1800 об / мин / 1810 фут-фунт (2454 Нм) при 1100 об / мин. Выбросы EPA 2010. ВД EGR / DOC-DPF-SCR.

На рисунке 3 показана доля энергии топлива, производящей тормозную работу, и теряется через различные потоки отходящего тепла для трех режимов мощности двигателя, показанного на рисунке 2.Также показаны дополнительные детали потоков отходов, которые доступны для WHR, включая долю тепла выхлопных газов, остающегося в выхлопном газе после системы дополнительной обработки, и количество тепла, переданного от охладителя EGR к охлаждающей жидкости двигателя [3709] . Таблица 1 суммирует энергию и первое приближение эксергии – на основе фактора Карно – различных источников отходящего тепла для двух рабочих условий, показанных на рисунке 3 ( эксергия представляет собой объем работы, который теоретически может быть произведен из поток энергии).

Рисунок 3 . Доля топливной энергии, потерянной через потоки отработанного тепла на Рисунке 2 904 Exergy кВт

Таблица 1
Энергия и эксергия источников отходящего тепла для двух рабочих условий на Рисунке 3 при температуре отвода тепла 36 ° C

Мощность двигателя, кВт		136	348
EGR	Температура, ° C	500	600
	Exergy, кВт	13	33
Выхлоп, опора SCR	Температура, ° C	400	400
	Тепло, кВт	64	187
	35	101
Охладитель наддувочного воздуха	Температура, ° C	100	200
	Тепло, кВт	14	68
		Exerger	24
Охлаждающая жидкость двигателя (без тепла EGR)	Температура, ° C	90	90
	Тепло, кВт	21	34
	Exergy, кВт	3	5
Всего	Тепло, кВт	122	340
	Exergy, кВт		5340 Отработанное тепло охладителя системы рециркуляции ОГ представляет собой тепло с самой высокой доступной температурой и, следовательно, имеет высокий приоритет для WHR.Более 60% отработанного тепла EGR доступно в виде эксергии. В приложениях без высокоэффективных систем SCR скорость потока EGR может быть выше, а рекуперация тепла из системы EGR более значительной [3711] . Выхлопные газы после SCR также важны, и учитывая, что поток выхлопных газов обычно намного выше, чем поток EGR, представляет собой значительные потоки энергии и эксергии. Около 50% тепла выхлопных газов доступно в виде эксергии и, следовательно, также является приоритетом для WHR. Охлаждение наддувочного воздуха и охлаждающая жидкость двигателя имеют значительно более низкие температуры и представляют собой тепло относительно низкого качества.Однако при более высоких нагрузках наддувочный воздух все еще содержит значительное количество эксергии. Некоторые из важных технологий, которые используются и / или разрабатываются для WHR, приведены в Таблице 2. Таблица 2 Технологии WHR для двигателей внутреннего сгорания WHR Technology Принцип работы Статус Теплообменники Прямая теплопередача между двумя средами. Коммерческий (например, обогрев кабины с использованием охлаждающей жидкости двигателя и тепла выхлопных газов). Турбо-компаундирование Преобразование тепла выхлопных газов в механическую или электрическую энергию с помощью турбины с приводом от выхлопных газов. Механическое турбонагнетание – это коммерческая технология. Нижний цикл Термодинамический цикл, такой как цикл Ренкина или Брайтона, который включает в себя рекуперацию и отвод тепла через рабочую жидкость (воздух, пар или органическую жидкость) для рекуперации отработанного тепла и привода турбины для производства механической части. или электрическая энергия. Коммерческий для больших стационарных и судовых двигателей. Рабочие прототипы цикла Ренкина и органического цикла Ренкина, разработанные несколькими производителями двигателей для тяжелых условий эксплуатации (например, в рамках программы DOE SuperTruck США). Системы WHR цикла Брайтона менее развиты, чем системы, основанные на цикле Ренкина. Термоэлектрические генераторы Твердотельные устройства, которые преобразуют тепло непосредственно в электрическую энергию посредством эффекта Зеебека. Коммерческое применение для обогрева и охлаждения автомобильных сидений.В разработке для двигателя WHR. Термохимическая рекуперация Используйте отходящее тепло для проведения парового риформинга топлива для увеличения его LHV. В разработке. Термоакустическое преобразование Технология на основе цикла Стирлинга, работающая на высокой частоте для преобразования пульсаций давления в рабочей жидкости в электрическую энергию. В разработке. ### Эффективность рекуперации тепла Общие принципы рекуперации энергии Установки рекуперации тепла, используемые в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, основаны на некоторых общих принципах: Возвратный воздух Вращающиеся теплообменники Воздух-жидкость-воздухообменники Крест проточные теплообменники Тепловые насосы Поперечно-проточные и вращающиеся теплообменники показаны ниже: Блоки рекуперации возвратного воздуха В блоке рекуперации возвратного воздуха – использованный воздух смешивается с подпиточным или приточным воздухом.Энергия выходящего воздуха подается непосредственно в подпиточный воздух. Передается как явное, так и скрытое (влага) тепло. Вращающиеся теплообменники Во вращающемся теплообменнике – выходящий воздух нагревает (или охлаждает) теплообменник, когда колесо проходит через выходящий поток воздуха. Энергия передается подпиточному воздуху, когда колесо проходит через подпиточный воздух. Может передаваться как явное, так и скрытое тепло. Скрытое тепло, когда влага из выходящего воздуха конденсируется на колесе.Больше влаги можно передать с помощью гигроскопического колеса. В теплообменниках без гигроскопических колес сливается большая часть конденсата. Воздух-жидкость-воздух В теплообменнике воздух-жидкость-воздух тепло передается в теплообменнике от выходящего воздуха к циркулирующей жидкости. Жидкость циркулирует в теплообменнике с подпиточным воздухом, где тепло передается приточному воздуху. Может передаваться как явное, так и скрытое тепло. Скрытое тепло, когда влага из выходящего воздуха конденсируется в теплообменнике.Влага не передается. Теплообменники с перекрестным потоком В теплообменнике с перекрестным потоком тепло передается непосредственно от выходящего воздуха к воздуху подпитки через разделительные стенки в теплообменнике. Может передаваться как явное, так и скрытое тепло. Скрытое тепло, когда влага из выходящего воздуха конденсируется на теплообменнике. Влага не передается. Тепловые насосы Тепловой насос позволяет – с некоторой дополнительной энергией – передавать в подпиточный воздух больше энергии выходящего воздуха, чем любая другая система.Потребление энергии составляет примерно от 1/3 до 1/5 рекуперированной энергии. Может передаваться как явное, так и скрытое тепло. Скрытое тепло, когда влага из выходящего воздуха конденсируется на теплообменнике. Влага не передается. Процесс нагрева – восстановление без переноса влаги Процесс нагрева без переноса влаги с рекуператором – типичный, как блок с поперечным потоком на рисунке выше – можно визуализировать на психрометрической диаграмме Молье как Процесс нагрева – восстановление с переносом влаги Процесс нагрева с переносом влаги и рекуперацией – типичный, как блок с вращающимся колесом на рисунке выше – можно визуализировать на психрометрической диаграмме Молье как Процесс нагрева с рекуперацией тепла и влаги может быть альтернативно быть визуализированным на психрометрической диаграмме как Эффективность теплопередачи Эффективность теплопередачи для рекуператора тепла может быть рассчитана как μ t = (t 2 – t 1 ) / (т 3 – т 1 ) (1) где μ t = эффективность передачи температуры t 1 = температура внешнего подпиточного воздуха до теплообменника ( o C, o F) t 2 = температура внешнего подпиточного воздуха после теплообменника ( o C , o F ) t 3 = температура выходящего воздуха перед теплообменником ( o C , o F ) Эффективность передачи влаги Эффективность передачи влаги для блока рекуперации тепла может быть рассчитана как мкм м = (x 2 – x 1 ) / (x 3 – x 1 ) (2) где μ м = эффективность влагопереноса x 1 = влажность снаружи подпиточного воздуха перед теплообменником (кг / кг, гран / фунт) x 2 = влажность внешнего подпиточного воздуха после теплообменника (кг / кг, гран / фунт ) x 3 = влажность выходящий воздух до теплообменник (кг / кг, гран / фунт ) Эффективность передачи энтальпии Эффективность передачи энтальпии для блока рекуперации тепла можно рассчитать как μ e = (h 2 – h 1 ) / (h 3 – h 1 ) (3) где μ 903 10 e = эффективность передачи энтальпии ч 1 = энтальпия в внешнем подпиточном воздухе перед теплообменником (кДж / кг, БТЕ / фунт) ч 2 = энтальпия внешнего подпиточного воздуха после теплообменника (кДж / кг , БТЕ / фунт ) ч 3 = энтальпия выходящего воздуха перед теплообменником (кДж / кг , британских тепловых единиц / фунт ) Связанные мобильные приложения из Engineering ToolBox – бесплатные приложения для автономного использования на мобильных устройствах. Больше новостей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт