Rekuperator do odzysku ciepła z wentylacji brojlerni

Przedstawiono wyniki badań rekuperatora do odzysku ciepła z powietrza wywiewanego z brojlerni, który opracowano w Katedrze Budownictwa Wiejskiego Akademii Rolniczej w Krakowie. Rekuperator wyposażono w kolektor słoneczny. Wyniki badań prototypu pracującego w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych brojlerni potwierdziły założenia koncepcyjne oraz pozwoliły wstępnie określić parametry eksploatacyjne urządzenia. Rozwiązanie konstrukcyjne zostało zgłoszone do opatentowania.

W ostatnich latach, w Polsce wyraźnie wzrosło zainteresowanie wykorzystaniem ciepła odpadowego z systemów wentylacyjnych, nie tylko w obiektach przemysłowych i handlowych, ale również w inwentarskich.

Sposobem na odzysk ciepła z powietrza wywiewanego jest zastosowanie niskotemperaturowych wymienników ciepła (tzw. rekuperatorów), typu powietrze-powietrze. Znane typy rekuperatorów cechują się stosunkowo wysoką sprawnością eksploatacyjną (60-95%), a ponadto są przyjazne dla środowiska naturalnego, poprawiając warunki mikroklimatu i czyniąc je bardziej higienicznymi. Jednak większość prób dotyczących wykorzystania na szeroką skalę klasycznych wymienników rekuperacyjnych w budynkach inwentarskich, nie powiodła się. Zasadniczym ograniczeniem dla tego sposobu odzysku ciepła, okazało się charakterystyczne dla pomieszczeń inwentarskich panujące w nich duże zapylenie oraz zawilgocenie powietrza. Wskutek zanieczyszczenia i występującego przy ujemnych temperaturach zewnętrznych oblodzenia rekuperatorów, obserwowano spadek ich sprawności eksploatacyjnej, praktycznie do zera. Dodatkowo częste awarie, spowodowane zapychaniem przewodów pyłem i zamarzaniem kondensatu pary wodnej w okresie zimowym oraz duży nakład pracy potrzebny na ich utrzymanie w stanie umożliwiającym eksploatację, okazały się tak uciążliwe i kosztowne dla użytkowników, że często odstępowano od ich stosowania.

Uważna analiza wielu czynników związanych z dotychczasową praktyką wykorzystania niskotemperaturowych wymienników rekuperacyjnych w systemach wentylacyjnych pomieszczeń dla drobiu, wskazuje na to, że przyczyna niepowodzeń tkwi nie w samej idei odzysku ciepła z powietrza wywiewanego, lecz w zastosowaniu urządzeń nie przystosowanych do pracy w warunkach dużego zapylenia i o podwyższonej zawartości pary wodnej. W związku z tym w Katedrze Budownictwa Wiejskiego Akademii Rolniczej w Krakowie zaprojektowano nowy typ rekuperatora przystosowanego do pracy w budynkach inwentarskich, który jest prosty w budowie i łatwy w eksploatacji. Przedstawiony na fotografiach 1 i 2 prototyp rekuperatora zbudowano i poddano badaniom w jednej z brojlerni, znajdującej się w Fermie Drobiu p. Pawła Kłóska w Ujeździe 80 (Małopolska).

Zasadniczą część urządzenia stanowi izolowany termicznie kanał nawiewny, w którym umieszczony jest drugi kanał, nie izolowany i przeznaczony dla wywiewu. Podłużna ściana kanału nawiewnego, wystawiona na stronę południową, dzięki pomalowaniu czarną, matową farbą, stanowi absorber promieniowania słonecznego, który po osłonięciu 3-szybowym zestawem termoizolacyjnym o wartości U = 0,70 W/m²_*K utworzyły kolektor słoneczny o powierzchni około 10 m². W ten sposób wykorzystano promieniowanie słoneczne jako dodatkowe źródło ciepła do ogrzewania brojlerni.

Prototyp rekuperatora zbudowano w większości z blachy stalowej. Jedynie do budowy kanału wywiewnego oraz kolektora doprowadzającego strumień powietrza do kanału wywiewnego, użyto blachy nierdzewnej. Zastosowanie droższej blachy nierdzewnej zostało podyktowane występowaniem w powietrzu wywiewanym z kurników amoniaku, o stężeniu dochodzącym nawet do 50 ppm.

---

• Legenda do Rys. 1a i 1b.
  
• Rekuperator do odzysku ciepła z kurników zaprojektowany w Katedrze Budownictwa Wiejskiego AR w Krakowie:
  
• a - widok od strony czerpni powietrza nawiewanego,
  
• b - widok od strony południowej,
  
• c - widok od strony wyrzutni powietrza wywiewanego,
  

• d - widok z góry,
  
• e - przekrój E-E,
  
• f - przekrój przez sekcję czerpni powietrza wywiewanego,
  
• g - przekrój przez sekcję wyrzutni powietrza nawiewanego,
  
• h - przekrój B-B,
  
• i - przekrój C-C,
  
• j - wariant z absorberem promieniowania słonecznego i przeźroczystym zestawem 3 - szybowym;

1 - kanał powietrza wywiewanego; 2 - kanał powietrza nawiewanego; 3 - kolano kanału wywiewu;
4 - czerpnia powietrza nawiewanego; 5 - wyrzutnia powietrza wywiewanego; 6 - kolano kanału nawiewu; 7 - izolacja termiczna; 8 - kanał nawiewny perforowany; 9 - otwór rewizyjny wywiewu;
10 - pomost; 11 - podstawa; 12 - zaburzacze powietrza nawiewanego; 13 - korek rewizyjnego kanału wywiewu; 14 - uchwyty; 15 - płytka do kontroli zapylenia; 16 - wentylator; 17 - czujniki temperatury w kanale wywiewnym; 18 - czujniki temperatury w kanale nawiewnym; 19 - zestaw termoizolacyjny 3-szybowy; 20 - absorber promieniowania słonecznego.

---

Poszczególne odcinki kanału nawiewnego oraz kolana doprowadzające powietrze do brojlerni zbudowano z blachy ocynkowanej, a zewnętrzną powłokę rekuperatora z powlekanej blachy stalowej powlekanej. W pionowych częściach kanału nawiewnego zamocowano zaburzacze przepływu strumienia powietrza, w postaci płytek z blachy stalowej ocynkowanej łączących ścianki kanału wewnętrznego (wywiewnego) i zewnętrznego (nawiewnego) umieszczonych parami pod kątem, co 1 m. Płytki te, oprócz zaburzenia przepływu strumienia powietrza, usztywniały rekuperator w kierunku poprzecznym. Powietrze wywiewane, było kierowane ponad dach, do strefy o większej prędkości, gdzie było rozrzedzane i odprowadzane poza fermę.

Rozprowadzenie powietrza nawiewanego w hali produkcyjnej wykonano za pomocą kolektora z tworzywa sztucznego (fotografia 3).

Począwszy od roku 2001 prowadzono ciągłe badania działania rekuperatora w rzeczywistym klimacie zewnętrznym oraz w warunkach eksploatacyjnych brojlerni. Rekuperator był włączany od 7-10 dnia cyklu produkcyjnego i pracował do końca odchowu. Prędkość strumienia powietrza nawiewanego i wywiewanego ustalono na 4,5 m/s, co odpowiada wydajności, około 5000 m³/h. Mierzono temperaturę powietrza zewnętrznego i wewnętrznego oraz temperaturę strumienia powietrza na wlocie, w środku i przy wylocie powietrza z kanału nawiewnego. Dodatkowo badano zmiany wilgotności powietrza na drodze przepływu. W celu określenia wpływu promieniowania słonecznego na działanie rekuperatora mierzono również gęstość promieniowania słonecznego padającego na absorber.

Uzyskane dane pozwoliły na obliczenie ilości ciepła odzyskiwanego w rekuperatore, z uwzględnieniem zmiany entalpii powietrza mokrego.

Na podstawie obliczeń określona została sprawność urządzenia, czyli iloraz rzeczywistych zysków ciepła do zysków maksymalnie możliwych (wyliczonych jako różnicę entalpii powietrza wewnętrznego i zewnętrznego). Uśredniona dla całego cyklu produkcyjnego sprawność bez uwzględnienia promieniowania słonecznego wynosiła około 30 % . Promieniowanie słoneczne, w zależności od natężenia znacznie zwiększało zyski, przez co chwilowa sprawność urządzenia przekraczała 200 %. Jednak czasokres promieniowania słonecznego był jednak relatywnie niewielki, w porównaniu z całym okresem pomiarowym, dlatego też sprawność uśredniona z uwzględnieniem promieniowania słonecznego wzrasta tylko do 37 %.

Aktualnie prowadzone są pomiary efektywności odzysku ciepła z zastosowaniem zaburzaczy przepływu strumienia powietrza w kanale wywiewnym. Wstępne wyniki badań wskazują na wzrost sprawności rekuperatora o kolejne kilkanaście procent, czemu towarzyszył prawie 2-krotnie wzrost grubości osadu pyłu na ściankach kanału wywiewnego.

• Na podstawie wyników wstępnych badań, można wysnuć następujące wnioski:
• budowa rekuperatora umożliwia jego ciągłą pracę podczas cyklu produkcyjnego, bez znaczącej utraty wydajności cieplnej wskutek zanieczyszczenia kanału wywiewnego,
• uśrednioną dla okresu pomiarowego sprawność rekuperatora, bez uwzględnienia promieniowania słonecznego, można oszacować na około 30%,
• promieniowanie słoneczne podnosiło średnią sprawność rekuperatora do 37 %, a sprawność chwilowa w słoneczne dni osiągała wartość kilkuset procent.

autor: prof. dr hab. Wacław Bieda; dr inż. Jan Radoń - Katedra Budownictwa Wiejskiego, Akademia Rolnicza w Krakowie

 

Dodaj komentarz:

Wasze komentarze: