Враховуйте диференційний тиск

Враховуйте диференційний тиск

06.02.2024 / Новини Hoval
Прослухати статтю

Стефан Едер, директор бізнес-підрозділу кліматичних технологій, Hoval, детально розповідає про диференційний тиск в пластинчастому теплообміннику та важливість компонування вентиляторів.

В вентиляційній системі присутні різні тиски повітря в припливній та витяжній частині – залежно від встановлених елементів та розташування вентиляторів. Це факт стає особливо очевидним у пластинчастому теплообміннику, на який діють обидва потоки повітря і де в одному місці присутні два різні тиски, розділені лише тонкою пластиною. Різниця між цими двома тисками називається диференційним тиском; він впливає на можливий витік і може деформувати пластину через результуючу поверхневу силу. Це призводить до зменшення відстані між пластинами і, отже, до втрати тиску. Тому диференційний тиск для відповідного пластинчастого теплообмінника повинен бути обмежений під час проектування системи вентиляції для її безперебійної роботи.

Детально про диференційний тиск

Диференційний тиск в пластинчастому теплообміннику істотно залежить від компонування вентиляторів та встановлених елементів. Найкраще це можна пояснити на прикладі можливих варіантів типової системи вентиляції (Мал. 1). В якості теплообмінника обраний перехресно-потоковий теплообмінник (перепад тиску 140 Па), який є найскладнішим в аспекті диференційного тиску. Інші встановлені компоненти та їхні втрати тиску є "нормальними" на даний момент. Для вентилятора припливного повітря місцями можливого розташування є A або B, для вентилятора витяжного повітря - C або D (1 = витяжне повітря; 2 = припливного повітря).

2.jpg

Мал. 1: Варіанти вентиляційної системи

Тиски повітря для чотирьох можливих варіантів узагальнені в таблиці 1.

table.png

Табл. 1: Тиски в перехресно-потоковому теплообміннику

Перш ніж обговорювати результати, важливо усвідомити, що диференційний тиск в перехресно-потоковому каналі не є постійним; він змінюється разом з потоком через втрату тиску власне в теплообміннику. На малюнку 2 показано це як приклад варіанту а, який широко використовується зокрема в Німеччині:

3.jpg

Мал. 2: Локальний диференційний тиск

Важливі такі моменти:

  • Диференційний тиск отримується шляхом віднімання тиску витяжного повітря p1 від тиску припливного повітря p2. Це також визначає градієнт тиску, який є важливим для будь-якого витоку:
  • Негативний перепад тиску → Витік у припливне повітря → небажаний
  • Позитивний перепад тиску → Витік у витяжне повітря → прийнятний

Увага: надлишковий та знижений тиск сумуються.

  • Зазначені різниці тиску в кутових точках показують, наскільки чітко відрізняються значення залежно від положення. Питання в тому, яке значення використати для визначення. Розумним (і звичайним) є середнє значення, яке встановлюється в центрі обміну.
  • Для екстремальних значень перевірте, який диференційний тиск виникає, коли вентилятор вимкнений (наприклад, у режимі запуску).
  • Ці твердження для теплообмінника з перехресним потоком також є дійсними для теплообмінника з протипотоком.

Стосовно різних схем розташування вентиляторів у таблиці 1 слід зазначити наступне:

  1. Таке розташування використовується в більшості випадків. Це економить простір і дозволяє працювати зі змішаним повітрям. А номінальна витрата повітря відповідає потужності вентилятора. Недоліком є перепад тиску в напрямку припливного повітря; у разі витоків витяжне повітря потрапляє у припливне. Таким чином, «щільний» пластинчастий теплообмінник є необхідною умовою для утримання будь-якого витоку на низькому рівні. Перепад тиску (p2M - p1M) є помірним (-330 Па).
  2. У цьому варіанті диференційний тиск найвищий і становить 930 Па, але перепад тиску відбувається у напрямку витяжного повітря. Розташування вентиляторів - один над одним, як у варіанті a, і це економить простір.
  3. Цей випадок досить незвичний. Оскільки обидва вентилятори штовхають повітря відносно теплообмінника, перепад тиску точно не визначений; він залежить від втрат тиску встановлених компонентів.
  4. Таке розташування є найкращим рішенням з точки зору диференційного тиску, який становить лише 160 Па. Перепад тиску також сприятливий в напрямку витяжного повітря. Недоліком є потреба у великому об’ємі через розташування вентиляторів перед і після теплообмінника.

Як уже зазначалося кілька разів, диференційний тиск має вирішальний вплив на об’єм та напрямок витоку в разі якщо він станеться. Це також впливає на профілювання пластин, іншими словами, на відстань між пластинами, а отже, і на втрату тиску.

Деформація пластин через перепад тиску

Пластинчасті теплообмінники у вентиляційній техніці зазвичай виготовляються з тонких алюмінієвих пластин товщиною всього 0,05-0,15 мм. Спеціальне профілювання виробником цих пластин забезпечує певну стабільність, але воно не може запобігти деформації пластин при високому диференційному тиску (Мал. 3).

4.jpg

Мал. 3: Схематичне зображення деформації пластини

На мал. 3 показаний потік витяжного повітря 1 і припливного повітря 2 через пластинчастий теплообмінник. Існує диференційний тиск між припливним і витяжним повітрям, який стискає пластини між захисними трапецієподібними елементами на Δ h. Це зменшує перетин потоку витяжного повітря та збільшує втрати тиску. При цьому збільшується перетин припливного повітря; втрата тиску зменшується.

Дуже спрощено, вплив деформації Δ h на втрату тиску за незмінних умов (об’ємна витрата, температура тощо) можна представити таким чином:

5.jpg

7.jpg

Приклад показує, що загальна втрата тиску обох повітряних потоків дещо збільшується у випадку деформації пластин. Тому, з огляду на нормативи ЄС 1253-2014, слід перевірити значення SFP.

Малюнок 3 і формули показують, що зміна втрати тиску при заданому диференційному тиску залежить від відносної деформації Δ h/h, тобто в кінцевому підсумку - від відстані між пластинами. Чим менша відстань між пластинами, тим більше деформація впливає на втрату тиску, і навпаки. Ці висновки особливо важливі для високоефективних застосувань, де необхідні малі відстані між пластинами. Насамперед протипоточні теплообмінники повинні використовувати стійкі пластини.

У попередніх міркуваннях припускається, що пластини пружно деформуються, тобто зміна відстані між пластинами збільшується і зменшується у відповідності до диференційного тиску. Це можна порівняти з пружиною. В іншому випадку, за надмірного диференційного тиску, деформація стає занадто великою і відбуваються пластичні зміни. Тепер якщо диференційний тиск зменшується (або вентилятори вимикаються), деформація все ще залишається і  теплообмінник виходить з ладу - можна очікувати витоків і непередбачуваних технічних параметрів.

Для визначення припустимого диференційного тиску для певного теплообмінника, виробник повинен дотримуватися двох критеріїв:

  • У межах припустимих значень не допускається виникнення пластичних деформацій; необхідний захисний інтервал. Еталонним значенням для цього критерію є максимальний диференційний тиск, а не середнє значення (як зазвичай)! (див. Мал. 2)
  • Для пружної деформації необхідно оцінити або виміряти збільшення втрати тиску в результаті диференційного тиску. Після цього користувач з відповідною документацією (Графік 1) може самостійно прийняти рішення про застосування. Однак слід уникати збільшення перепаду тиску більше ніж на 40% в результаті дії диференційного тиску.

6.jpg

Графік 1: Залежність втрати тиску від відстані між пластинами

Висновки

Диференційні тиски між двома потоками повітря в пластинчастому рекуператорі тепла вентиляційної системи є неминучими. Однак їх можна утримувати в розумних межах, звернувши увагу на розташування вентиляторів. Для проектування та здійснення рекуперації тепла необхідна документація, що стосується ефекту диференційного тиску. Якщо врахувати, що значення в таблиці 1 є досить «високої якості», але можуть бути також значно вищими в деяких системах, припустимий диференційний тиск повинен бути принаймні 1500 Па, або ще краще 2000 Па. Це повинно забезпечити бажаний резерв для проектування та впровадження можливих змін.

Джерело: HOVAL / Переклад: ЛІКОНД

Отримайте інформаційну підтримку
офіційного дистриб'ютора Daikin в Україні

Знайдіть дилера Daikin в вашому регіоні, отримайте умови продажу, сервісу та обслуговування

Завантажте актуальні каталоги обладнання Daikin та Hoval