Klimatyzacja 1. dr inż. Maciej Mijakowski

Transkrypt

1 dr inż. Maciej Mijakowski Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Środowiska Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa Termodynamika powietrza wilgotnego Schemat procesu projektowania systemu klimatyzacji/chłodzenia/wentylacji - inwentaryzacja Analiza procesów uzdatniania powietrza Inspekcja systemów klimatyzacji 1

2 Parametry powietrza wilgotnego Temperatura powietrza Wilgotność względna Zawartość wilgoci Temperatura punktu rosy Temperatura termometru mokrego Entalpia Ciśnienie cząstkowe pary wodnej Gęstość powietrza wilgotnego ϕ = x = p pnas m m H2O H2O H2O pow.such. Parametry powietrza wilgotnego Wykres i-x 2

3 Parametry powietrza wilgotnego Ilustracja punktu 20 C i 50% na wykresie i-x temp. = 20 C wilg. = 50% x = 7,3 g/kg t R = 9,0 C t m = 13,8 C i = 38 kj/kg p H2O =1168 Pa ρ = 1,20 kg/m 3 Parametry powietrza wilgotnego Ile pary wodnej zmieści się w pudełku? x = 15,0 g/kg 15,0 30 1,20 = 540 g 30 m 3 temp. = 20 C wilg. = 100% temp. = -20 C wilg. = 100% x = 0,8 g/kg 0,8 30 1,36 = 33 g 540 g 33 g 3

4 Parametry powietrza wilgotnego Wykres i-x Europa/USA Europa USA Parametry powietrza wilgotnego Zamiast wykresu i-x Rp. s. Pv ϕ Pvnas x( t, ϕ) = = Rv P Pv P ϕ Pvnas P ϕ( t, x) = P t R v vnas = P vnas x P ( x ) ϕ Pvnas 238,3 ( t, ϕ) = ln 610,78 ϕ Pvnas 17,294 ln 610,78 w zakresie temperatury 45 C +60 C: P vnas (t) = 612,2 exp(17,62 t / (243,12 + t)) ( 18, ,34 /( 235) ) x nas exp t + = R 4

5 Parametry powietrza wilgotnego Zamiast wykresu i-x c.d. dla t < 0 C ln(pvnas) = / T T T T T ln(t) dla t > 0 C ln(pvnas) = / T T T T ln(t) dla t < 0 C t R = ln(0.001 Pv) [ln(0.001 Pv)] 2 dla t > 0 C (do +93 C) t R = ln(0.001 Pv) [ln(0.001 Pv)] [ln(0.001 Pv)] [ln(0.001 Pv)] Parametry powietrza wilgotnego t Zamiast wykresu i-x c.d. 0 m ts f P + tr ( t, ϕ) = f P + s spr = f P ( t i 1 spr t = i m t m s spr t m t m ) s ( P ( t ) P ( t )) vnas m vnas R f = P s = c cieplo_parowania vnas ( ts ) P t t s R p vnas ( t ) R M M H 2O pow I ( t, x) = c t + x( c t + r0 ) = 1.0 t + x(1.96 t ) pp pw 5

6 Parametry powietrza wilgotnego Psychrometria w Excelu Parametry powietrza wilgotnego Psychrometria w Excelu c.d. 6

7 Parametry powietrza wilgotnego Wykres i-x w Excelu Parametry powietrza wilgotnego Wykres i-x w Excelu c.d. 7

8 Procesy zmieniające parametry powietrza Ogrzewanie powietrza 30 m 3 temp. = -20 C wilg. = 100% temp. = 20 C wilg.?? Procesy zmieniające parametry powietrza Ogrzewanie powietrza - wykres i-x Temperatura powietrza [degc] % temp. = 20 C wilg. < 10% 25% 50% temp. = -20 C wilg. = 100% 100% Zawartość wilgoci [g/kg] 8

9 Procesy zmieniające parametry powietrza Ogrzewanie powietrza - zapotrzebowanie na ciepło temp. = 20 C wilg. < 10% 30 m 3 ilość ciepła = 30m 3 x 1.2kg/m 3 x x 1kJ/(kg K) x (20-(-20))K = = 1440 kj = 0.4 kwh temp. = -20 C wilg. = 100% ilość ciepła = 30m 3 x 1.2kg/m 3 x x (22-(-18))kJ/kg = = 1440 kj = 0.4 kwh Procesy zmieniające parametry powietrza Chłodzenie powietrza 30 m 3 temp. = 30 C wilg. = 50% temp. = 15 C wilg. =?? 9

10 Procesy zmieniające parametry powietrza Chłodzenie powietrza - wykres i-x temp. = 30 C wilg. = 50% Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% 100% temp. = 15 C wilg. = 100% 2.5 g H 2 O / kg powietrza Zawartość wilgoci [g/kg] Procesy zmieniające parametry powietrza Chłodzenie powietrza - zapotrzebowanie na ciepło 30 m 3 temp. = 15 C wilg. = 100% temp. = 30 C wilg. = 50% ilość ciepła (chłodu) = 30m 3 x 1.2kg/m 3 x x ( )kJ/kg = = 810 kj = kwh ilość wykroplonej pary wodnej = 30m 3 x 1.2kg/m 3 x x 2.5g/kg = = 90 g 10

11 Procesy zmieniające parametry powietrza Chłodzenie powietrza - wykres i-x temp. = 30 C wilg. = 50% Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% 100% E CH 12= (x14 K x Z ) 16/ (x T 18 x Z ) 20 Zawartość wilgoci [g/kg] temp. = 15 C wilg. = 90% 3.5 g H 2 O / kg powietrza punkt komorowy: - ϕ K = 90% lub - E CH = 0,9 x T = (x K +(E-1)x Z ) / E Procesy zmieniające parametry powietrza Nawilżanie powietrza 30 m 3 temp. = 20 C wilg. < 10% temp. = 20 C wilg. = 50% 11

12 Procesy zmieniające parametry powietrza Nawilżanie powietrza nawilżacz parowy - wykres i-x temp. = 20 C wilg. < 10% temp. = 20 C wilg. = 50% Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% 100% 6.5 g H 2 O / kg powietrza Zawartość wilgoci [g/kg] Procesy zmieniające parametry powietrza Nawilżanie powietrza nawilżacz parowy - zużycie pary 30 m 3 temp. = 20 C wilg. < 10% temp. = 20 C wilg. = 50% ilość pary = 30m 3 x 1.2kg/m 3 x x 6.5g/kg = = 234 g 12

13 Procesy zmieniające parametry powietrza Mieszanie powietrza 15 m 3 15 m 3 temp. = -20 C wilg. = 100% temp. = 20 C wilg. = 100% Procesy zmieniające parametry powietrza Mieszanie powietrza - wykres i-x Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% temp. = 5 C wilg. = 100% temp. = -20 C wilg. = 100% 100% 2.0 g/kg Zawartość wilgoci [g/kg] i = const temp. = 20 C wilg. = 100% 13

14 Procesy zmieniające parametry powietrza Mieszanie powietrza - ilość wykroplonej wilgoci 30 m 3 temp. = 5 C wilg. = 100% temp. = 20 C wilg. = 100% ilość wykroplonej wilgoci = 30m 3 x 1.2kg/m 3 x x 2.0g/kg = = 72 g temp. = -20 C wilg. = 100% Termodynamika powietrza wilgotnego Schemat procesu projektowania systemu klimatyzacji/chłodzenia/wentylacji - inwentaryzacja Analiza procesów uzdatniania powietrza Inspekcja systemów klimatyzacji 14

15 Schemat procesu projektowania Schemat procesu projektowania 15

16 Schemat procesu projektowania Schemat procesu projektowania 16

17 Schemat procesu projektowania Wymagane parametry powietrza wewnętrznego PN-78/B Schemat procesu projektowania Wymagane parametry powietrza wewnętrznego EN

18 Schemat procesu projektowania Wymagane parametry powietrza wewnętrznego EN c.d. Schemat procesu projektowania Wymagane parametry powietrza wewnętrznego EN c.d. 18

19 Schemat procesu projektowania Parametry powietrza zewnętrznego PN-76/B Schemat procesu projektowania Parametry powietrza zewnętrznego ASHRAE Fundamentals Handbook, Chapter 27, Climate design information 19

20 Schemat procesu projektowania Parametry powietrza zewnętrznego Schemat procesu projektowania Parametry powietrza zewnętrznego 20

21 Schemat procesu projektowania Zyski i straty ciepła Promieniowanie słoneczne zyski przez przegrody przeźroczyste (+przenikanie) zyski przez przegrody nieprzeźroczyste Oświetlenie Ludzie zyski ciepła zyski wilgoci Urządzenia zyski ciepła zyski wilgoci Zyski / straty przez przenikanie Razem suma Schemat procesu projektowania Zyski i straty ciepła... urządzenia (biuro)... ASHRAE Fundamentals, Chapter 29, Nonresidential cooling and heating load calculation procedures 21

22 Schemat procesu projektowania Zyski i straty ciepła Schemat procesu projektowania Zyski i straty ciepła 22

23 Schemat procesu projektowania Wybór systemu Schemat procesu projektowania Parametry pracy systemu parametry czynnika strumień czynnika przekazanie ciepła do pomieszczenia 23

24 Schemat procesu projektowania Dobór elementów Termodynamika powietrza wilgotnego Schemat procesu projektowania systemu klimatyzacji/chłodzenia/wentylacji inwentaryzacja Analiza procesów uzdatniania powietrza Inspekcja systemów klimatyzacji 24

25 Temperatura powietrza Wilgotność powietrza Prędkość ruchu powietrza Strumień powietrza wentylacyjnego Stężenia zanieczyszczeń... Pomiary 25

26 Wymagania (PN-76/B-03420) Wymagania (PN EN 15251) 26

27 Przykład wymagań według EN Criteria for the Indoor Environment including thermal, indoor air quality, light and noise 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 Wymagania (ASHRAE ) 32

33 Wymagania (ASHRAE ) Temperatura wilgotność ilustracja na wykresie i-x 33

34 Statystyki - histogram Statystyki - histogram 34

35 Rozwój grzybów i pleśni Sedlbauer K., Prediction of mould fungus formation on the surface of and inside building components, Fraunhofer Institute for Building Physics, 2001 Wyniki - basen 35

36 Przypomnienie wymagań dot. intensywności wentylacji Pomieszczenia przeznaczone do stałego i czasowego pobytu i ludzi powinny mieć zapewniony dopływ co najmniej 20 m3/h powietrza zewnętrznego dla każdej przebywającej osoby. W pomieszczeniach publicznych, w których jest dozwolone palenie tytoniu, strumień powietrza powinien wynosić 30 m3/h dla każdej osoby. Dla pomieszczeń w żłobkach i przedszkolachprzeznaczonych do przebywania dzieci, strumień powietrza zewnętrznego może być obniżony do 15 m3/h dla każdego dziecka. Strumień powietrza wentylacyjnego dla pomieszczeń, w których występuję inne poza ludźmi źródła zanieczyszczeń powietrza, należy określić na podstawie odrębnych wymagań. W pomieszczeniach klimatyzowanych oraz wentylowanych o nie otwieranych oknach strumień powietrza powinien wynosić co najmniej 30 m3/h dla każdej przebywającej osoby, a w przypadku dozwolonego palenia w tych pomieszczeniach -co najmniej 50 m3/h dla każdej osoby. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz. 690) Norma PN-B-03430:1983/Az3:2000 "Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej - Wymagania" Przypomnienie wymagań dot. intensywności wentylacji q tot = n q p + A q B Projekty norm CEN 36

37 Analiza stężenia CO2 Analiza stężenia CO2 37

38 Pomiar strumienia powietrza Metoda gazów znacznikowych - idea Zmiana ilości gazu w pomieszczeniu = Ilość gazu wyemitowanego - Ilość gazu usunięta na skutek wentylacji d m i tr d t = S + C Q C Q e e i i Te q = T i s V c( t) ln c t c( t + t) 38

39 Metoda gazów znacznikowych Metoda zaniku koncentracji t c t) = c(0) exp τ ( ln[ c( t) ] = ln[ c(0) ] Te c( t + t) n = ln t Ti c( t) δn δ( c) 1 = n c( t) n t δn δ( c) 3 n c( t) n t τ 1+ exp(2 n t) n rysunki za: INNOVA Air Tech Instruments Metoda gazów znacznikowych Metoda stałej emisji s t s c( t) = c(0) + q exp τn q s c ( ) = q s q = c ( ) ln s q = c [ c( t) ] ln[ c( t + t) ] «n t rysunki za: INNOVA Air Tech Instruments 39

40 Metoda gazów znacznikowych Metoda stałej koncentracji Te s q = T c i rysunki za: INNOVA Air Tech Instruments Metoda gazów znacznikowych - przykład 40

41 Metoda gazów znacznikowych Pomiar strumienia powietrza rysunki za: INNOVA Air Tech Instruments Metoda gazów znacznikowych Wiek powietrza A C B A B C rysunki za: INNOVA Air Tech Instruments 41

42 Analiza efektywności procesu wentylacji Efektywność rozdziału powietrza Wentylacja mieszająca Wentylacja mieszająca = ε ν Ce Cs C C i s Wentylacja wyporowa ts Ce ts Ce ti Ci ti Ci Ce ts ti Ci Różnica temperatury ts - ti C < > 5 Efektywność wentylacji Różnica Efektywność temperatury wentylacji ts - ti C < > Różnica temperatury ts - ti C < > 2 Efektywność wentylacji Termodynamika powietrza wilgotnego Schemat procesu projektowania systemu klimatyzacji/chłodzenia/wentylacji - inwentaryzacja Analiza procesów uzdatniania powietrza Inspekcja systemów klimatyzacji 42