ASPEKTY ENERGETYCZNE ZASTOSOWANIA CHŁODZENIA SUCHEGO W UKŁADACH KLIMATYZACYJNYCH SAL OPERACYJNYCH Z RECYRKULACJĄ

Transkrypt

1 słoa kluczoe: klimatyzacja, zapotrzeboanie na energię, steroanie Mieczysła POROWSKI* ASPEKTY ENERGETYCZNE ZASTOSOWANIA CHŁODZENIA SUCHEGO W UKŁADACH KLIMATYZACYJNYCH SAL OPERACYJNYCH Z RECYRKULACJĄ W artykule zaprezentoano modele symulacyjne działania układu klimatyzacyjnego zespołu operacyjnego z recyrkulacją dla sali operacyjnej realizoaną przez ścienne moduły recyrkulacyjne z chłodnicą suchą. Założono regulację parametró poietrza sali operacyjnej dopuszczalnych przedziałach tolerancji parametró, ykorzystanie parametró poietrza zenętrznego formie roku porónaczego oraz energooptymalną obróbkę termodynamiczną poietrza. Wyznaczono roczne zapotrzeboanie na energię pierotną oraz efekty energetyczne porónaniu z układami klimatyzacyjnymi z recyrkulacją bez chłodzenia suchego. 1. WPROWADZENIE Układy klimatyzacyjne dla sal operacyjnych szpitali należą do najbardziej energochłonnych. Wynika to z konieczności ciągłego działania, trójstopnioej filtracji oraz ymaganych parametró poietrza enętrznego. Dlatego też celu ograniczenia zapotrzeboania na energię poszechną praktyką staje się zastosoanie tych układach częścioej recyrkulacji poietrza. Jedną z możliości tym zakresie jest zastosoanie modułó recyrkulacyjnych przy sali operacyjnej (ściennych lub zenętrznych), które dodatkoo mogą być yposażone opcjonalnie chłodnicę suchą. W prezentoanej analizie yznaczono i porónano roczne zapotrzeboanie na energię pierotną dla układu klimatyzacyjnego zespołu operacyjnego z modułem ściennym recyrkulacyjnym dla sali operacyjnej ariancie bez chłodnicy (MSR) oraz z chłodnicą suchą (MSRC). Uzględniono przy tym oszczędności energetyczne ynikające z chłodzenia suchego (bez ykraplania na chłodnicy) oraz dodatkoe nakłady na przetłaczanie poietrza przez chłodnicę. * Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środoiska, ul. Piotroo 3A

2 2. MODEL SYMULACYJNY Jako narzędzie analizy sformułoano model symulacyjny działania układu klimatyzacyjnego ciągu całego roku. Strukturę układu klimatyzacyjnego zespołu operacyjnego dla obydu analizoanych ariantó przedstaiono na rys. 1. a) b) Rys. 1. Schemat układu klimatyzacyjnego zespołu operacyjnego z modułem ściennym recyrkulacyjnym dla sali operacyjnej; a) bez chłodzenia; b) z chłodnicą suchą Fig. 1. Diagram of the air conditioning operating unit ith the all recirculation module for the operating room; a) ithout cooling; b) ith dry cooler Algorytmy modelu symulacyjnego realizują steroanie energooptymalne obróbką termodynamiczną poietrza uzględniającą płynną zmianę zadanych parametró poietrza sali operacyjnej enątrz przedziałó dopuszczalnych, zróżnicoanych dla okresu użytkoania i przer użytkoaniu zespołu operacyjnego. Przyjęto funkcję celu dla optymalizacji obróbki termodynamicznej poietrza postaci: h f c = m& i h i = min (1) i= 1 gdzie: m i strumień masy poietrza i-tej operacji, h i zmiana entalpii łaściej i-tej operacji.

3 W efekcie postają strefy optymalnej obróbki poietrza dla analizoanej struktury układu klimatyzacyjnego i przedziału regulacji parametró poietrza pomieszczeniu, które można odzoroać na ykresie h-x oparciu o rónania linii granicznych. Jednocześnie yznacza się łączne zapotrzeboanie na energię netto dla poszczególnych operacji obróbkoych ogrzeania, chłodzenia i nailżania analizoanym czasie działania układu klimatyzacyjnego. Sproadza się to do sformułoania algorytmó modeli symulacyjnych działania układu klimatyzacyjnego ciągu całego roku oraz opracoania programó obliczenioych. W celu porónania analizoanych ariantó analogii do metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku [3] definiuje się i yznacza roczne zapotrzeboanie na energię pierotną dla układu klimatyzacyjnego (τ=8760 h) z relacji: E p = H H,t H,n + el HE,t HE,n + C C,t C,n + B B,t B,n + el E el,pom (2) gdzie: H,n roczne zapotrzeboanie ciepła netto dla nagrzenic odnych, HE,n roczne zapotrzeboanie ciepła netto dla nagrzenic elektrycznych strefoych (tutaj nagrzenic strefoych dla pomieszczeń przygotoania pacjenta PP1 i lekarzy PL1), C,n roczne zapotrzeboanie chłodu netto dla chłodnic, B,n roczne zapotrzeboanie ciepła netto dla nailżaczy paroych, E el,pom roczne zapotrzeboanie energii elektrycznej końcoej do napędu urządzeń pomocniczych (tutaj ograniczone do przetłaczania entylatoró), H,t średnia sezonoa spraność całkoita systemu grzeczego dla nagrzenic odnych poietrza, przyjęto H,t = 0,81, HE,t średnia sezonoa spraność całkoita systemu ytarzania ciepła dla nagrzenic elektrycznych, przyjęto HE,t = 0,95, C,t średnia sezonoa spraność całkoita systemu chłodu dla chłodnic poietrza, przyjęto C,t = 3,0, B,t średnia sezonoa spraność całkoita systemu grzeczego dla nailżaczy paroych, przyjęto B,t = 0,95, i spółczynnik nakładu nieodnaialnej energii pierotnej na ytorzenie i dostarczenie nośnia energii (lub energii) końcoej ( H dotyczy energii cieplnej, C dotyczy energii chłodniczej, B dotyczy pary, el dotyczy energii elektrycznej) przyjęto H = 1,1 kocioł gazoy/ olejoy, C = 3,0 agregat chłodniczy o napędzie elektrycznym, B = 3,0 elektryczna ytornica pary, el = 3,0 sieć elektroenergetyczna systemoa 3. WYNIKI OBLICZEŃ Obliczenia przeproadzono zakładając da tryby działania układu klimatyzacyjnego zespołu operacyjnego: tryb aktyny (12h/dobę) sala operacyjna użytkoana, tryb pasyny (12h/dobę) przera działaniu sali operacyjnej Dane yjścioe zestaiono tabeli 1.

4 Tabela 1 Dane yjścioe Table 1 Output data gdzie: Parametry Wariant I Wariant II tryb aktyny (τ=12 h/d) tryb pasyny (τ=12 h/d), m 3 /h 1900 (1200)* 570 (360)*, m 3 /h 1280 (700)* 384 (210)*, m 3 /h t p, C φ p, % t zz, C -18 φ zz, % 100 t zl, C 30 φ zl, % 45 t zi, C TRY (Test Reference Year) φ zi, % TRY, kw 3,0, g/h 360 Φ t, - 0,4 p N, Pa 1400 p W, Pa 700 p R, Pa 350 p RC, Pa 400 τ, h/r 8760 τ 1, h/r 4380 τ 2, h/r 4380 c p, kj/kgk 1,005 c pp, kj/kgk 1,86 r o, kj/kg 2500,8 ρ, kg/m3 1,2 p a, kpa 100 */ tym dla sali operacyjnej, dla trybu aktynego przyjęto 1200 m 3 /h [2],, strumień poietrza naieanego, yieanego, recyrkulacyjnego, p N, p W, p R, p RC spręż entylatora naienego, yienego, recyrkulacyjnego (MSR), recyrkulacyjnego (MSRC), t p temperatura poietrza pomieszczeniu, ϕ p ilgotność zględna poietrza pomieszczeniu, t zz temperatura obliczenioa poietrza zenętrznego dla zimy, ϕ zz ilgotność zględna obliczenio-

5 a poietrza zenętrznego dla zimy, t zl temperatura obliczenioa poietrza zenętrznego dla lata, ϕ zl ilgotność zględna obliczenioa poietrza zenętrznego dla lata, t zi temperatura poietrza zenętrznego i-tej godzinie roku porónaczego, ϕ zi ilgotność zględna poietrza zenętrznego i-tej godzinie roku porónaczego, TRY rok porónaczy dla Poznania (Test Reference Year), 8760 artości par parametró t zi, ϕ zi [1], zyski ciepła janego, zyski ilgoci, Φ t skuteczność odzysku ciepła janego ymiennika glikoloego, τ czas działania instalacji całym roku (założono pracę ciągłą), τ 1 czas działania instalacji trybie aktynym (założono 12h/dobę) 100% ydajności poietrza, τ 2 czas działania instalacji trybie pasynym (założono 12h/dobę) 30% ydajności poietrza, c p ciepło łaście poietrza, c pp ciepło łaście pary odnej, r o ciepło paroania ody, ρ średnia gęstość poietrza, p a ciśnienie barometryczne Zależności obliczenioe dla poietrza ilgotnego, niezbędne dla przeproadzenia obliczeń komputeroych ykorzystano z pracy [4]. Wyniki obliczeń rocznego zapotrzeboania na energię pierotną dla analizoanych ariantó układu klimatyzacyjnego przedstaiono na rys. 3. E p, kwh/r Nagrzenica odna Nagrzenica elektryczna Chłodnica Nailżacz paroy Wentylatory Razem 0 Wariant I (MSR) Wariant II (MSRC) Rys. 3. Roczne zapotrzeboanie na energię pierotną dla układu klimatyzacyjnego Fig. 3. The annual demand for primary energy for air-conditioning system W śietle ynikó obliczeń, dla ariantu II z chłodnicą suchą module ściennym recyrkulacyjnym (MSRC), roczne zapotrzeboanie na energię pierotną pozostaje następującej relacji: dla nagrzenic elektrycznych strefoych maleje o 12,2%, dla chłodnic maleje o 10,8%, dla obróbki termodynamicznej łącznie maleje o 4,7%, dla entylatoró rośnie o 6,0%, dla energii pierotnej łącznie maleje o 1,1%,

6 stosunku do ariantu I bez chłodnicy suchej module ściennym recyrkulacyjnym (MSR). 4. PODSUMOWANIE Oszczędności energetyczne yniku zastosoania chłodzenia suchego modułach ściennych recyrkulacyjnych układach klimatyzacyjnych sal operacyjnych nie są spektakularne i ynoszą odniesieniu do całkoitego zapotrzeboania na energię pierotną około 1%. Wynika to z faktu, iż oszczędności energetyczne dla chłodzenia suchego (~11%) i nagrzenic elektrycznych strefoych (~12%) kompensoane są przez zrost nakładó energetycznych dla entylatoró (~6% dodatkoy spadek ciśnienia na chłodnicy suchej ynosi Pa [5]). Natomiast istotne są tutaj dodatkoe zalety zastosoania modułó ściennych recyrkulacyjnych z chłodnicą suchą aspekt higieniczny oraz niższy poziom hałasu stosunku do roziązania alternatynego postaci stropó recyrkulacyjnych. LITERATURA [1] BASIŃSKA M., Wpły czynnikó zenętrznych i enętrznych na zużycie energii na potrzeby ogrzeania budynkó, Rozpraa doktorska, Politechnika Poznańska 2000, [2] DIN /2008 Ventilation and air conditioning Part 4: VAC systems in buildings and rooms used in the health care sector; [3] ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 06 listopada 2008 r. spraie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanoiącej samodzielna całość techniczno-użytkoą oraz sposobu sporządzania i zoró śiadect ich charakterystyki energetycznej Dz. U. Nr 201 poz. 1240, [4] SZCZECHOWIAK E., Analityczne obliczanie parametró poietrza ilgotnego, Chłodnicto, vol. 20, 1985, 8. [5] Weiss Klimatechnik Katalog ENERGY ASPECTS OF DRY COOLING APPLICATION IN AIR CONDITIONING SYSTEMS OF OPERATING ROOM WITH RECIRCULATION An article presents the simulation models of air-conditioning system ith recirculation of the operating unit in the operating room, realized by recirculation all modules ith dry cooler. Regulation of air parameters in the operating room ithin acceptable ranges of tolerance parameters as founded as ell as the use of outdoor air parameters in the form of the Test Reference Year and energy optimal thermodynamic treatment of air. The annual demand for primary energy and energy effects in comparison ith airconditioning ith recirculation systems ithout dry cooling as determined.