Wentylacja i klimatyzacja. Mgr inż. Andrzej Jurkiewicz

Transkrypt

1 Wentylacja i klimatyzacja Mgr inż. Andrzej Jurkiewicz

2 Definicje Zadaniem wentylacji jest wymiana powietrza, w taki sposób i w takich ilościach, aby nie dopuścić do pogorszenia się warunków mikroklimatu, a zwłaszcza przekroczenia dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń powietrza (temperatura, wilgotność i zanieczyszczenia) Klimatyzacja to, w odróżnieniu od wentylacji, proces nadawania powietrzu w pomieszczeniu określonych właściwości pożądanych ze względów higienicznych dla uzyskania komfortu lub też parametrów wymaganych ze względów technologicznych (oczyszczanie, nawilżanie, osuszanie, podgrzewanie i schładzanie). Klimatyzacja częściowa np. samochodowa Przemysłowe instalacje klimatyzacyjne (technologia) Bytowe instalacje klimatyzacyjne (człowiek) Klimatyzacja - komfort czy konieczność

3 Mikroklimat w pomieszczeniu Temperatura powietrza Wilgotność względna powietrza Prędkość powietrza nawiewanego Średnia temperatura przegród budowlanych Poziom oświetlenia i hałasu Koncentracja zanieczyszczeń chemicznych i mikrobiologicznych

4 Czynniki wpływające na mikroklimat Klimat zewnętrzny (temperatura, wilgotność, wiatr, słońce) Procesy technologiczne w pomieszczeniu (ciepło dodatkowe, zanieczyszczenia) Obecność ludzi i zwierząt (wilgoć, zanieczyszczenia, zapach, ciepło) Właściwości przegród budowlanych (oddzielenie od klimatu zewnętrznego: temperatura, wilgotność, nasłonecznienie) Wentylacja (usuwanie zanieczyszczeń i dostarczanie świeżego powietrza,recyrkulacja) Rodzaj (metoda) ogrzewania lub klimatyzacji Oświetlenie (dzienne, sztuczne, mieszane) Izolacja akustyczna od hałasów zewnętrznych i emisja hałasu przez urządzenia i instalacje wewnętrzne

5 Rys historyczny Pszczoły Termity w Afryce i Australii (N-S + kanały powietrzne) Ogrzewanie podłogowe w Cesarstwie Rzymskim 1770 ogrzewanie parowe James Watt 1880 grzejnik żeliwny 1859 grzejnik elektryczny w USA 1904 Drezno msc (muzea, teatry i zamek) 1902 instalacja klimatyzacyjna W.H. Carrier drukarni w Brooklinie (nazwa Air Conditioning do dziś) 1914 klima dla wcześniaków w szpitalu Pittsburg 1925 klima dla widowni teatr Rivoli na Bruklinie 1930 klima w wagonie restauracyjnym kolei żelaznej Baltimor Ohio 1935 klima na parowcu Normandie 200? budynek 450 m w Kuala Lumpur Malezja o mocy 100 MW

6 Wymagania ludzi Temperatura powietrza i jej równomierny rozkład (zalecenie: Tkomf=Tpow - 5K) Wilgotność powietrza (35-65%) Ruch powietrza (0,2-0,5 m/s) Temperatura przegród otoczenia (+/-3K) Czystość powietrza (NDS) Obciążenie hałasem (db) Wymagania przemysłowe

7 Subiektywne odczucie komfortu Aktywność fizyczna Ubranie Wiek i płeć Stan zdrowia Wystrój pokoju Pora dnia i roku Temperatura, wilgotność, prędkość powietrza, temperatura powierzchni

8 Budynki po termomdernizacji mieszkańców za ciepło 40,1% za chłodno 18,6% za sucho 27,9% za wilgotno 46,3% zaduch światło 23,4% 56,8% hałas 29,3% 0% 20% 40% 60%

9 Człowiek urządzenie klimatyzacyjne Strumień cieplny: 80, 120, 150, 190, >270 W Konwekcja, promieniowanie, parowanie (pocenie się > 35st.C) Szok temperaturowy (samochód) Maks φ = 65%; x=11,5 g H20/kg Min φ = 35%) Nawiewnik: 40-70%

10 Inne parametry - 0,2-0,5 m/s prędkość powietrza - > 40 lat +1K - Kobiety + 1K - 3-6K poniżej temp. w pomieszczeniu - Temperatura przegród (niskapromieniujemy; wysoka-pocimy się):+/- 3K

11 Zanieczyszczenia Czystość powietrza nawiewanego (recyrkulacja dopuszczalna) Gazy i pary (CO, CO2, SO2, NOx, O3, radon, węglowodory i inne) Zapachy (ludzie, zwierzęta, kapuśniak, ubikacja, materiały budowlane, meble) Aerozole (pyły nieorganiczne) Zarazki, grzyby, i zarodniki grzybów, alergeny

12 Atmosfera Skład czystego suchego powietrza: Azot (N2) 75,5% Tlen (O2) 23,1% Argon (Ar) 1,29% Dwutlenek węgla (CO2) 0,04% Pozostałe gazy (wodór, neon, hel, krypton i ksenon) w ilościach śladowych. Powietrze wilgotne: suche + para wodna (od 0,08 do 2,5% składu) Zanieczyszczenia cywilizacyjne (wulkany!!!): dwutlenek węgla dwutlenek siarki, siarkowodór, tlenki azotu, tlenek węgla, tlenki ołowiu, różnorodne pyły.

13 Właściwości powietrza suchego Temperatura Θ Gęstość ρ Ciepło właściwe c p Współczynnik przewodzenia ciepła λ [C] [kg/m3] [kj/(kg*k)] [W/m*K] ,453 1,342 1,293 1,247 1,205 1,093 0,946 0,854 1,013 1,009 1,005 1,005 1,005 1,005 1,009 1,013 0,0204 0,0228 0,0244 0,0251 0,0259 0,0283 0,0321 0,0349

14 Wzory i definicje Gaz doskonały: p*v/t = m*r p ciśnienie bezwzględne powietrza wilgotnego V j.w. lecz objętość R idealna stała gazowa T temperatura absolutna powietrza

15 Definicje c.d. Ciśnienie powietrza wilgotnego p składa się ciśnienia cząsteczkowego powietrza suchego pp oraz ciśnienia cząsteczkowego pary wodnej pw: p = pp + pw Powietrze wilgotne może być: - nienasycone, gdy para zawarta w powietrzu jest tzw. parą przegrzaną (para sucha nienasycona) - nasyconą, gdy para zawarta w powietrzu jest parą suchą nasyconą (ciśnienie nasycenia ps) - zamglone, gdy powietrze zawiera cząsteczki wody w postaci pary wilgotnej

16 Definicje c.d. Podczas przemian cieplno-wilgotnościowych masa powietrza suchego (mp) nie ulega zmianie, natomiast masa wilgoci (mw) może się zmieniać (nawilżanie lub osuszanie powietrza). Może także ulec zmianie stan skupienia wilgoci (parowanie lub kondensacja). Podstawową wielkością charakteryzującą stan powietrza wilgotnego jest zawartość wilgoci w powietrzu, zwana wilgotnością właściwą (x): x = mw/mp gdzie: - mw masa wody; - mp masa powietrza suchego

17 Inne wzory pw/pp=rw/rp = 0,662 Vp=Vw (w mieszaninie gazów wszystkie gazy mają jednakową objętość) X=0,622 pw/pp φ=pw/ps - wilgotność względna (ps-ciśnienie nasycenia) φ=ρw/ρs stosunek gęstości pow. wilgot. do nasyconego Termometr suchy ciepło jawne (zmiana temperatury) Entalpia wody = ciepło jawne + ciepło utajone

18 T [K] KRYSZTAŁ 400 faza WODA faza PARA 127C=400K C 0C=273K 273K 333kJ/kg 2,1kJ/kg*K 100C=373K 4,19kJ/kg*K 2kJ/kg*K 2256 kj/kg 100C kj/kg Entalpia wody kj/kg Q=2,1* ,19* *2

19 Entalpia Pojemność cieplna (entalpia właściwa h) hps= 1,006 [kj/kg*k]* Θ [Κ] - pow.suche hw = 1,86 [kj/kg*k]* Θ [Κ] ,6 [kj/kg] para wodna Cp = 2501,6 kj/kg ciepło parowania wody w temp. 0 st.c) hp=hps+x*hw entalpia powietrza wilgotnego

20 Zmiany stanu powietrza wilgotnego Mieszanie Podgrzewanie Schładzanie Osuszanie Nawilżanie + (filtrowanie + wymuszanie przepływu)

21 Opis stanu powietrza 1) Ciśnienie stałe np.: p=1013 [hpa] 2) x zawartość wody w powietrzu [g/kg suchego] 3) h entalpia kj/kg powietrza wilgotnego 4) θ temperatura powietrza suchego 5) φ wilgotność względna 6) Punkt rosy (temp. Punktu rosy φ=100%) Masowy strumień powietrza (suchego i w przybliżeniu wilgotnego): mp=v*ρ/(1+x) (kg/h; kg/s)

22

23 Blokowy schemat Mieszanie, ogrzewanie, schładzanie, nawilżanie, ogrzewanie wtórne świeże ogrz.i sch nawilż ogrz.ii wtórne

24 Mieszanie Idea mieszania została przedstawiona na rys.1. Punkty nr 1 i 2 są punktami stanu powietrza przed zmieszaniem. Zasada mieszania strumieni polega na znalezieniu na odcinku łączącym oba punkty, punktu M - punktu zmieszania poprzez podzielenie odcinka w proporcji odwrotnej do udziału strumieni składowych. Wspomnianą zależność można również przedstawić za pomocą zapisu matematycznego w postaci:

25 Mieszanie - wykres

26 Przykład 1) Strumień 2000 m3/h o temp. t1=4c φ=80%, ogrzać do temp. t2=15c. Jaka musi być moc nagrzewnicy

27 Ogrzewanie

28 Rozwiązanie h = h2-h1 = = 11 kj/kg Mp= Vp*ρ = 2000[m3/h]*1,26[kg/m3]/3600[s/h] = =0,7kg/s Qh = Mp* h = 0,7 kg/s*11kj/kg = 7,7 kw

29 Chłodzenie i osuszanie

30 zadanie 4000 m3/h o parametrach ta=30c φ=40% doprowadzić do tz=18c i xz=7g/kg, gdy temp. parowania czynnika chłodniczego w chłodnicy klimatyzatora wynosi to=5c. Wyliczyć: 1) Moc chłodnicy (wydajność chłodnicza) 2) Moc nagrzewnicy wtórnej 3) Do jakiej temperatury t2 zostanie schłodzone powietrze w chłodnicy