Klimatyzacja 2. dr inż. Maciej Mijakowski

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Klimatyzacja 2. dr inż. Maciej Mijakowski"

Marek Bielecki
8 lat temu
Przeglądów:

Klimatyzacji i Ogrzewnictwa http://www.is.pw.edu.

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 efektywności systemu Inspekcja systemów klimatyzacji 1

2 Typowe procesy realizowane w centrali (odzysk ciepła) zima lato Typowe procesy realizowane w centrali (recyrkulacja) zima lato 2

3 Odzysk ciepła temp. =? wilg. =? temp. = 20 C wilg. = 40% temp. = 5 C wilg. = 50% Odzysk ciepła praca bez wykroplenia wilgoci temp. 25 = 16 C wilg. 20 = 25% Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% temp. = 5 C wilg. = 50% temp. = 20 C wilg. = 40% 100% Zawartość wilgoci [g/kg] Sprawność temperaturowa: - η T = 50% - 90% - η T = (t t) / (t t) t = η T (t t) + t 3

20 = 25% Temperatura powietrza [degc] 30 15 10 5 0-5 -10-15 -20 10% 25% 50% temp. = 5 C wilg. = 50% temp.

4 Odzysk ciepła praca na mokro temp. = 20 C wilg. = 40% temp. =? wilg. =? temp. = -20 C wilg. = 100% Odzysk ciepła praca z wykropleniem wilgoci temp. 25 = 12 C wilg. 20 = 10% Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% temp. = -20 C wilg. = 100% temp. = 20 C wilg. = 40% 100% Zawartość wilgoci [g/kg] Sprawność temperaturowa: - η T = 50% - 90% - η T = (t t) / (t t) t = η T (t t) + t 4

20 = 10% Temperatura powietrza [degc] 30 15 10 5 0-5 -10-15 -20 10% 25% 50% temp. = -20 C wilg. = 100% temp.

5 Odzysk ciepła temp. = -20 C wilg. = 100% 30 m 3 /h OC temp. = 20 C wilg. = 40% 30 m 3 /h temp. = 12 C wilg. = 10% temperatura pow. = 0,8 x (20-(-20)) + (-20) = = 12 C moc cieplna = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x 1kJ/(kg K) x (12-(-20))K = 1152 kj/h = 0.32 kw strumień skroplin = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x 3.0g/kg = = 108 g/h = 1,3 kg/12h Odzysk ciepła i wilgoci temp. = 20 C wilg. = 40% temp. =? wilg. =? temp. = -20 C wilg. = 100% 5

2kg/m 3 x x 1kJ/(kg K) x (12-(-20))K = 1152 kj/h = 0.32 kw strumień skroplin = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x 3.

6 Odzysk ciepła i wilgoci Temperatura powietrza [degc] %!? 25% 50% temp. = -20 C wilg. = 100% temp. = 20 C wilg. = 40% Sprawność temperaturowa: 100% Zawartość wilgoci [g/kg] - η T = 50% - 90% - η T = (t t) / (t t) t = η T (t t) + t Sprawność wilgotnościowa: - η H = 0,9 η T - η H = (x x) / (x x) x = η H (x x) + x Odzysk ciepła i wilgoci temp. = -10 C wilg. = 50% 30 m 3 /h OC temp. = 20 C wilg. = 40% 30 m 3 /h temp. = 14 C wilg. = 45% temperatura pow. = 0,8 x (20-(-10)) + (-10) = = 14 C wilgotność pow. = 0,72 x (6,0-(0,8)) + (0,8) = = 4,5 g/kg moc cieplna = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x (26-(-8)) kj/kg = 1224 kj/h = 0.34 kw 6

wilgotnościowa: - η H = 0,9 η T - η H = (x x) / (x x) x = η H (x x) + x Odzysk ciepła i wilgoci temp. = -10 C wilg. = 50% 30 m 3 /h OC temp. = 20 C wilg.

7 Odzysk ciepła i wilgoci θs 1 θs 2 xs 1 xs 2 θs θ = θs + θ 2 1 HE sup HE sup = Eff HE ( θe θs ) 1 1 θe 2 θe 1 xe 2 xe 1 θs 1 temperatura powietrza nawiewanego przed wymiennikiem, C θs 2 temperatura powietrza nawiewanego za wymiennikiem, C θe 1 temperatura powietrza wywiewanego przed wymiennikiem, C θe 2 temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem, C Eff HE jest sprawnością temperaturową wymiennika do odzysku ciepła dla danych parametrów θe 1 i θs 1 oraz równych lub bardzo zbliżonych strumieni objętości powietrza nawiewanego i wywiewnego θ HEsup różnica pomiędzy temperaturą powietrza nawiewanego za i przed wymiennikiem, K Odzysk ciepła i wilgoci - zabezpieczenie przed oszronieniem Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% 100% Φ θ defrost = 0,34 qv ( θsetdefrost θs1) = e + ( e e1) / setdefrost θ 1 θ 2min θ Eff HE Zawartość wilgoci [g/kg] 7

wymiennika do odzysku ciepła dla danych parametrów θe 1 i θs 1 oraz równych lub bardzo zbliżonych strumieni objętości powietrza nawiewanego i wywiewnego θ HEsup różnica pomiędzy temperaturą powietrza

8 Odzysk ciepła i wilgoci - zabezpieczenie przed oszronieniem Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% 100% θs = θs + θ 2 1 HE sup ( ) θ HE sup = Eff HE θe1 θs1 ( θ HE sup ) a = max(0; θe2 min θe2 ) Zawartość wilgoci [g/kg] Odzysk ciepła i wilgoci - zabezpieczenie przez przegrzewaniem Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% 100% θs = θs + θ 2 1 HE sup ( θe θs ) θ HE sup = Eff HE 1 1 ( θ HE sup ) b = min(0; max( θs2 max θs2; θs1 θs2 )) Zawartość wilgoci [g/kg] 8

ciepła i wilgoci - zabezpieczenie przez przegrzewaniem 30 25 20 Temperatura powietrza [degc] 15 10 5 0-5 -10-15 10% 25% 50% 100% θs = θs + θ 2 1 HE

9 Urządzenia do odzysku ciepła Urządzenia do odzysku ciepła fot. Menega fot. Kapmann 9

10 Urządzenia do odzysku ciepła Temperatura powietrza [degc] % 10 25% 50% 100% Zawartość wilgoci [g/kg] Urządzenia do odzysku ciepła Rodzaj układu do odzyskiwania ciepła Względny koszt instalacji wymiennik obrotowy wymiennik płytowy krzyżowy wymiennik płytowy przeciwprądowy wymiennik z rurek cieplnych komorowy rekuperator ciepła układ z czynnikiem pośredniczącym pompa ciepła 1,0 1,05 1,05 1,25 1,15 1,45 2,0-3,0 Sprawność Sprawność temperaturowa średniosezonowa netto % %

wymiennik płytowy przeciwprądowy wymiennik z rurek cieplnych komorowy rekuperator ciepła układ z czynnikiem pośredniczącym pompa ciepła 1,0 1,05 1,05 1,25

11 Odzysk ciepła 800 m3/h 25 db(a) 280 W 80-90% Odzysk ciepła 11

12 12

13 13

14 14

15 Przykłady pomiarowe Odzysk ciepła (wymiennik przeciwprądowy) 15

16 Przykłady pomiarowe Odzysk ciepła (wymiennik obrotowy) Przykłady pomiarowe Odzysk ciepła (wymiennik krzyżowy) 16

17 Odzysk ciepła Ogrzewanie powietrza - zapotrzebowanie na moc wymagana moc = 30m3/h x 1.2kg/m3 x 30 x 1kJ/(kg K) x (20-(-20))K = m3/h temp. = -20 C wilg. = 100% = 1440 kj/h = 0.4 kw temp. = 20 C wilg. < 10% Φ preheat = 0,34 qvph (θ 2 θ1 ) qvph strumień objętości powietrza przepływający przez nagrzewnicę, m3/h θ1 temperatura powietrza przed nagrzewnicą, C θ2 temperatura powietrza za nagrzewnicą, C 17

18 Wymienniki ciepła - dygresja 1. Q = Mpow x cp x tpow --> Q fw, fp, fo, 2. Q = Mw x cw x tw --> Mw l. dróg wody, 3. Q = F x U x tlog --> F l. rzędów, układ Wymienniki ciepła - dygresja 3. Q = F x U x tlog --> F tlog = ( t1 - t2 ) / ln( t1 / t2 ) t1 = tw_wlot - tp_wylot, t2 = tw_wylot - tp_wlot 18

19 Wymienniki ciepła - dygresja 3. Q = F x U x t log --> F U = f(v w, v p, t wśr, t pśr, konstrukcja), v w = m/s np.: U = C1 x m C2 x p mw C3 [W/m 2 K] m p = M p / f p, m w = M w / (p x f w ) [kg/(s m 2 )] 120% Zmiana współczynnika U 100% 80% 60% 40% U = f(mw ) U = f(mp ) 20% 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% Zmiana strumienia powietrza/wody v w = m/s v p = m/s Wymienniki ciepła - dygresja 3. Q = F x U x t log --> F U = f(v w, v p, t wśr, t pśr, konstrukcja) t log = ( t 1 - t 2 ) / ln( t 1 / t 2 ) m w = var t log = var 19

f(mw ) U = f(mp ) 20% 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% Zmiana strumienia powietrza/wody v w = 0.3-2.0 m/s v p = 1.2-5.

20 Wymienniki ciepła - dygresja Wymienniki ciepła - dygresja 20

21 Wymienniki ciepła - dygresja tz + t p tt min = + (1 2) = 2 o przy 6/12 C o = C Chłodzenie powietrza - zapotrzebowanie na moc 30 m 3 /h temp. = 30 C wilg. = 50% Φ precool = q vpc temp. = 15 C wilg. = 90% ( 0,83 ( x2 x1 ) + 0,34 ( θ2 θ1)) wymagana moc (chłodnicza) = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x ( )kJ/kg = = 882 kj/h = kw wymagana moc (chłodnicza) jest większa od zysków ciepła!!! - ciepło utajone - realizacja procesu chłodzenia q vpc strumień objętości powietrza przepływający przez chłodnicę, m 3 /h θ 1 temperatura powietrza przed chłodnicą, C θ 2 temperatura powietrza za chłodnicą, C x 1 zawartość wilgoci w powietrzu przed chłodnicą, g/kg x 2 zawartość wilgoci w powietrzu za chłodnicą, g/kg 21

22 Chłodzenie powietrza - wykraplanie pary wodnej 30 m 3 /h temp. = 30 C wilg. = 50% temp. = 15 C wilg. = 90% strumień skroplin = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x 3.5g/kg = = 126 g/h = 1.5 kg/12h 400ft/min = 2.03m/s 800ft/min = 4.06m/s tz + t p tt min = + (1 2) = 2 o przy 6/12 C o = C Chłodzenie powietrza Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% θ 2 100% x 2 θ 1 x 1 θ = θ1 max( 0; θ1 θ 2 setpc ) ( 0; ( x x ) (1 BF )) x = x1 + min coil 1 x exp 18, ,34/( θ + 235) 2 avfactor coil = coil BF avfactor ( ) ( 1; ( θ θ ) /( θ θ )) = min coil 1 2 coil Zawartość wilgoci [g/kg] 22

23 Chłodzenie powietrza funkcja osuszania 30 m 3 /h temp. = 30 C wilg. = 50% temp. = 25 C wilg. = 45% moc chłodnicza = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x ( )kJ/kg = = 882 kj/h = kw strumień skroplin = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x 3.5g/kg = 126 g/h = 1.5 kg/12h moc cieplna = 30m 3 /h x 1.2kg/m 3 x x 1.0 kj/kgk x (25-15) = = 360 kj/h = 0.1 kw Osuszanie powietrza θ 2 x2 θ 1 x 1 Temperatura powietrza [degc] % 25% 50% 100% x = 2-20 = 4110,34 / 18,8161 ln( coil ) x coil Zawartość wilgoci [g/kg] x setdehum θ = BF θ θ ) + θ 2 coil ( 1 coil coil = ( xsetdehum x1 BFcoil ) /(1 BFcoil ) ( ) 235 θ coil x 23

24 Chłodzenie powietrza funkcja osuszania Nawilżanie powietrza q vhum Φ humid = 0,83 q vhum ( x 2 x1) q vhum strumień objętości powietrza przepływający przez nawilżacz, m 3 /h x 2 zawartość wilgoci w powietrzu za nawilżaczem, g/kg x 1 zawartość wilgoci w powietrzu przed nawilżaczem, g/kg x 1 x 2 θ 1 θ 2 24

25 Nawilżanie powietrza x 1 x 2 20 Temperatura powietrza [degc] 15 θ 10 1 θ 10% 25% 50% 100% θ 2 = θ 1 x = max( x 1 ; x 2 sethum ) Zawartość wilgoci [g/kg] Nawilżanie powietrza Temperatura powietrza [degc] x 1 x 2 20 θ 1 θ % 25% % 100% i = const θ 2 = θ 1 x = max( x 1 ; x 2 sethum ) Zawartość wilgoci [g/kg] 25

26 Nawilżanie powietrza q vhum Φ humid = 0,83 q vhum ( x 2 x1) q vhum strumień objętości powietrza przepływający przez nawilżacz, m 3 /h x 2 zawartość wilgoci w powietrzu za nawilżaczem, g/kg x 1 zawartość wilgoci w powietrzu przed nawilżaczem, g/kg x 1 x 2 θ 1 θ 2 Problemy z analizą w cyklu rocznym 26

27 Termodynamika powietrza wilgotnego Schemat procesu projektowania systemu klimatyzacji/chłodzenia/wentylacji - inwentaryzacja Analiza efektywności systemu Inspekcja systemów klimatyzacji 27

Podobne dokumenty

Klimatyzacja 1. dr inż. Maciej Mijakowski

Klimatyzacja 1. dr inż. Maciej Mijakowski dr inż. Maciej Mijakowski Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Środowiska Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa http://www.is.pw.edu.pl Termodynamika powietrza wilgotnego Schemat procesu projektowania