Badania prototypowego systemu do wyznaczania odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych klimatyzowanych magazynów

Transkrypt

1 ZBROWSKI Andrzej 1 KOZIOŁ Stanislaw 2 Badania prototypowego systemu do wyznaczania odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych klimatyzowanych magazynów WSTĘP Hale produkcyjne i magazynowe są obiektami, dla których przepisy budowlane definiują konieczność zapewnienia odpowiednio skutecznej wentylacji. Na przykład krotność wymiany powietrza na godzinę zalecana względami higienicznymi dla magazynu towarowego wynosi 4 6, pomieszczeń biurowych 3 8, pomieszczeń handlowych 4 8, sklepu 6 8, garażu 4 6. Wentylacja obiektów wielkokubaturowych, hal przemysłowych oraz magazynowych stanowi skomplikowane zagadnienie, dla którego nie istnieje uniwersalny sposób rozwiązania dotyczącego kondycjonowania dostarczanego powietrza [10]. Szczególnym przypadkiem magazynu o najwyższych wymaganiach dotyczących kondycji powietrza w pomieszczeniu jest hala magazynowa hurtowni leków. Sprawne funkcjonowanie obsługi logistycznej środków medycznych wymaga właściwego zaprojektowania procesów magazynowych uwzgledniających restrykcyjne wymagania dotyczące parametrów klimatu wewnętrznego. Operator logistyczny musi być absolutnie pewien, że zastosowane rozwiązania techniczne i konstrukcyjne nie wpłyną negatywnie na jakość produktu. Specyfika towaru i jego przeznaczenie sprawia, że magazyn dedykowany do obsługi produktów farmaceutycznych musi spełniać znacznie więcej wymogów niż w przypadku składowania innych towarów [11]. Podmioty gospodarcze działające w obszarze hurtowego obrotu produktami leczniczymi są zobligowane do wdrożenia zasad Dobrej Praktyki Dystrybucyjnej (DPD). Od 2002 roku DPD stanowi część systemu prawa, podlegającego szczegółowemu nadzorowi i kontroli ze strony inspekcji farmaceutycznej [1, 5, 6]. W zakresie prawnym Dobra Praktyka Dystrybucji obejmuje między innymi: utrzymanie właściwego stanu technicznego i sanitarnego pomieszczeń hurtowni farmaceutycznej, zasady przechowywania produktów leczniczych. Zgodnie z DPD, hurtownia farmaceutyczna musi posiadać pomieszczenia magazynowe do przechowywania leków, gwarantujące uzyskanie warunków temperaturowych określonych w odpowiednich świadectwach rejestracji. Infrastruktura techniczna pomieszczeń magazynowych muszą być dostosowane do przechowywanych produktów, a także odpowiednio wyposażone w [3]: automatyczne urządzenia termoregulacyjne zapewniające utrzymanie właściwych warunków temperaturowych produktu, urządzenia wentylacyjne, gwarantujące zgodny z prawem proces wymiany powietrza, legalizowane przyrządy umożliwiające ciągłą kontrolę oraz rejestrację temperatury i wilgotności. Dodatkowym zabezpieczeniem wprowadzanym przez operatorów logistycznych w celu zabezpieczenia towarów są systemy alarmowe sygnalizujące zbliżanie się do wartości granicznej wymaganego zakresu wilgotności lub temperatury [9]. W obliczu wymagań określonych prawnie oraz z uwagi na wysoką szczelność współczesnych hal hurtowni farmaceutycznych kondycjonowanie wprowadzanego powietrza jest nieodzownym elementem inwestycji. Należy pamiętać, że poza wymogami temperaturowymi, określanymi przez podmioty odpowiedzialne za produkt, istnieje wymóg ogólny związany z utrzymaniem właściwego 1 Instytut Technologii Eksploatacji PIB, Radom; ul. Pułaskiego 6/10. Tel wew. 304, andrzej.zbrowski@itee.radom.pl 2 Instytut Technologii Eksploatacji PIB, Radom; ul. Pułaskiego 6/10. Tel wew. 290, stanislaw.koziol@itee.radom.pl 7054

2 poziomu wilgotności, mianowicie wilgotność względna w pomieszczeniach utrzymujących temperaturę pokojową (15 C -25 C) nie może przekraczać 70%. Parametry wprowadzanego do wnętrza obiektu powietrza zależą od warunków panujących na zewnątrz. W warunkach klimatu polskiego może to być powietrze o temperaturze -30 C, jak i +30 C. Najskuteczniejszym sposobem wentylacji jest mechaniczne wprowadzanie powietrza. W celu utrzymania komfortu cieplnego konieczna jest jego termiczna obróbka. 1. REKUPERACJA CIEPŁA W KLIMATYZOWANEJ HALI MAGAZYNOWEJ (STYL Utrzymanie w pomieszczeniu magazynowym odpowiedniego klimatu niezależnie od warunków zewnętrznych wymaga znacznych nakładów energetycznych na regulację temperatury i wilgotności powietrza przy współdziałaniu z właściwie działającą wentylacją. Rozwiązaniem, które umożliwia obniżenie kosztów eksploatacyjnych, jest zastosowanie systemu opartego na odzysku ciepła i chłodu z powietrza usuwanego z wykorzystaniem wysokosprawnego wymiennika rekuperatora. Rekuperacja ciepła zapewnia minimalizowanie strat cieplnych związanych z wentylacją pomieszczeń. Polega na wykorzystaniu strumienia powietrza usuwanego do ogrzewania lub chłodzenia powietrza dostarczanego do pomieszczeń odzysku ciepła. Różnicę temperatury powietrza wywiewanego i zewnętrznego wykorzystuje się do wymiany ciepła pomiędzy tymi dwoma strumieniami instalując sekcję odzysku energii cieplnej zawierającą wymiennik ciepła powietrzepowietrze. Zastosowanie rekuperacji przekłada się na zmniejszenie mocy stosowanych nagrzewnic i chłodnic (powietrze zostaje poddane wstępnej obróbce w rekuperatorze i wymaga dostarczenia niewielkiej ilości energii dodatkowej) [4, 12]. Najczęściej stosowanymi wymiennikami są rekuperatory płytowe i spiralne wykonane ze stali nierdzewnej, aluminium lub tworzyw sztucznych. Sprawność odzysku ciepła zależy od ukształtowania kanalików przepływowych wymiennika i ich rozstawu, natężenia przepływu powietrza, stosunku natężenia przepływu powietrza nawiewanego i wywiewanego oraz od różnicy temperatury pomiędzy oboma strumieniami. W zależności od wartości tych parametrów, sprawność odzysku ciepła może zmieniać się w szerokim zakresie. Podając wyznaczoną sprawność należy zaznaczyć, w jakich warunkach jest ona uzyskiwana. W przypadku instalacji wentylacyjnych wykorzystujących rekuperacyjne wymienniki ciepła, wpływ na sprawne funkcjonowanie i bezpieczeństwo wentylowanego obiektu, oprócz sprawności wymiennika mają jego szczelność, opory przepływu powietrza i możliwość zamarzania wykroplonej wilgoci przy ujemnych temperaturach powietrza zewnętrznego, powodujące zmniejszenie strumienia powietrza wywiewanego lub całkowite zalodzenie wymiennika. Złożona zależność sprawności wentylacyjnych wymienników ciepła od ich budowy, parametrów konstrukcyjnych i warunków pracy oraz znaczący wpływ na bezpieczeństwo użytkowania budynków przeznaczonych do przechowywania towarów o szczególnych wymaganiach jakościowych sprawia, że przed ich zastosowaniem niezbędne jest przeprowadzanie badań sprawdzających zgodnie z normatywnymi zaleceniami[7, 8]. 2. WYMAGANIA DLA BADAŃ REKUPERATORÓW Badania rekuperatorów i central wentylacyjnych w całym zakresie warunków pracy i uzyskanie pełnych charakterystyk eksploatacyjnych wymagają wykorzystania specjalnego układu badawczego symulującego możliwie szeroki zakres rzeczywistych parametrów klimatycznych. Układ badawczy powinien składać się ze stabilnych źródeł strumieni powietrza o parametrach klimatu zewnętrznego (również w czasie zimy) i klimatu panującego wewnątrz budynku oraz pozwalać na wywołanie w badanym obiekcie przepływów i procesów identycznych z występującymi podczas rzeczywistej eksploatacji. Rozwiązania techniczne układu powinny pozwalać na skuteczną realizację przez sterownik badanego rekuperatora reakcji na zmieniające się parametry pracy i zachodzące procesy w taki sposób jak to się odbywa w rzeczywistej instalacji wentylacyjnej. 7055

3 3. KONFIGURACJA I ZASADA DZIAŁANIA STANOWISKA BADAWCZEGO Głównymi elementami opracowanego stanowiska pomiarowego są dwie izolowane termicznie, szczelne komory, których zadaniem jest stabilizacja temperatury i wilgotności dwóch strumieni powietrza ( wywiewane/usuwane i zewnętrzne/nawiewane ) w czasie trwania pomiarów [2]. Przepływ powietrza jest wywoływany przez wentylatory badanego wymiennika wspomagane dodatkowymi wentylatorami kanałowymi równoważącymi opór instalacji. Schemat stanowiska pomiarowego przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Schemat stanowiska do badania wymienników do odzysku ciepła wentylacyjnego: V Z strumień powietrza zewnętrznego, V L strumień powietrza wywiewanego z wentylowanego pomieszczenia elementy wykonawcze: RH+ - nawilżacz, t- - układ ziębniczy, t+ - nagrzewnica elektryczna, WK wentylator kanałowy o regulowanej wydajności, K kryza o regulowanym przelocie, S wymienna siatka wyrównująca strugę. czujniki pomiarowe: t czujnik temperatury powietrza, p czujnik ciśnienia powietrza, Δp czujnik różnicy ciśnień powietrza na dyszy pomiarowej, RH czujnik wilgotności względnej powietrza. Komora ZIMA ma za zadanie uzyskanie stabilnych w czasie badań, parametrów powietrza zewnętrznego dla warunków zimowych. Zapewnia osuszanie powietrza oraz jego ochłodzenie do temperatury t< 15ºC wymaganych normą PN-EN 308:2001 [8] oraz w razie potrzeby umożliwia osiągnięcie temperatury do -30ºC w zależności od przepływu przez rekuperator. Zadaniem komory LATO jest uzyskanie stabilnych w czasie badań, parametrów powietrza wewnętrznego budynku, lub powietrza zewnętrznego dla warunków letnich. Zapewnia nawilżanie powietrza oraz jego podgrzewanie do warunków: + 30ºC i 60% RH. Pomiędzy każdą z komór i wlotem do badanego wymiennika lub centrali wentylacyjnej z rekuperatorem znajdują się odcinki izolowanych cieplnie przewodów wentylacyjnych z zainstalowanymi układami pomiarowymi parametrów fizycznych powietrza. Wszystkie układy pomiarowe i sterowane układy wykonawcze są połączone z układem sterowania pracą stanowiska oraz zbierania i obróbki danych pomiarowych tak, aby w sposób automatyczny mogły być realizowane procedury badawcze. W trakcie projektowania i budowy prototypu stanowiska najwięcej uwagi poświęcono optymalnemu doborowi i rozmieszczeniu w komorach nagrzewnic, parowników, nawilżaczy i wentylatorów mieszających w celu zapewnienia stabilności parametrów strumieni powietrza przepływającego przez rekuperator. W pracach projektowych wykorzystano symulacje CFD, dzięki czemu osiągnięto wymaganą homogenizację przepływu w obszarze wylotu z komór oraz efektywne mieszanie wpływających strumieni powietrza z powietrzem znajdującym się w okolicy wlotu [13, 14,15]. 4. BADANIA REKUPERATORÓW W NISKICH TEMPERATURACH Jednym z niekorzystnych procesów zachodzących podczas pracy central wentylacyjnych z odzyskiem ciepła przy niskich temperaturach zewnętrznych jest zalodzenie wymiennika i ograniczenie przepływu powietrza. Ogrzane i wilgotne powietrze usuwane z pomieszczenia ochładza się w wymienniku z jednoczesnym wykropleniem pary wodnej. Przy ochłodzeniu poniżej 0ºC 7056

4 następuje zamarzanie wody i osadzanie lodu w kanalikach wymiennika powodując ich zatykanie. W badaniach rekuperatora spiralnego prowadzonych na stanowisku przy ujemnej temperaturze powietrza zewnętrznego (rys. 2) widoczne jest stopniowe zmniejszanie przepływu, a następnie całkowite zalodzenie (zatkanie) wymiennika. Obraz zalodzonego wymiennika w wyniku prowadzonych badań testowych przedstawia rysunek 2. Rys. 2. Wyniki badania rekuperatora przy ujemnej temperaturze powietrza zewnętrznego: A przebiegi parametrów strumieni powietrza, B zalodzony wymiennik ciepła. V L strumień powietrza usuwanego, V Z strumień powietrza zewnętrznego, T U temperatura pomieszczenia, T W temperatura powietrza wywiewanego, T CZ temperatura zewnętrzna, T N temperatura nawiewu Na wykresie przedstawionym na rysunku 2A zarejestrowano zmniejszanie się przepływu powietrza usuwanego V L przy temperaturze powietrza wywiewanego T W wynoszącej około -7 C. W takiej sytuacji automatyczny układ sterowania badanej centrali usiłuje ograniczyć strumień powietrza zewnętrznego V Z w celu ogrzania wymiennika. W 14-tej minucie badania następuje wyłączenie wentylatora tłoczącego strumień V Z, co powoduje również zmniejszenie strumienia V L, ponieważ cały obieg powietrza jest zamknięty we wspólnej objętości utworzonej przez komory, przewody wentylacyjne i badaną centralę. W celu umożliwienia wykonania badań, w których układ sterowania centrali może dowolnie regulować wydajnością wentylatorów zgodnie funkcjami przewidzianymi przez producenta, w stanowisku wprowadzono następujące zmiany: rozdzielono strumienie powietrza V L i V Z, co pozwala na niezależną regulację ich wartości przez centralę, zwiększono średnicę przewodów wentylacyjnych z 200 mm na 315 mm oraz kryz pomiarowych strumieni V L i V Z, co zmniejszyło opór przepływu powietrza w układzie i pozwoliło na rezygnację z wykorzystywania wentylatorów WK widocznych na rysunku 1 do wspomagania centrali przy większych wartościach przepływu. Druga zmiana jest istotna również z punktu widzenia niezależnego sterowania przepływami. Wentylatory wspomagające WK są zasilane z układu sterowania stanowiskiem i pracują niezależnie od wentylatorów centrali. Rezygnacja z ich wykorzystania oznacza całkowite przejęcie sterowania przepływem przez sterownik centrali, co daje możliwość badania jej funkcjonowania w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Charakterystykę parametrów strumieni powietrza podczas badań przedstawia rysunek

5 Rys. 3. Wyniki badań rekuperatorów przy rozdzielonych strumieniach powietrza: A periodyczna modulacja strumieni, B całkowite wyłączenie strumienia V Z. V L strumień powietrza usuwanego, V Z strumień powietrza zewnętrznego, T U temperatura pomieszczenia, T W temperatura powietrza wywiewanego, T CZ temperatura zewnętrzna, T N temperatura nawiewu Badania wstępne przeprowadzone na tak zmodernizowanym stanowisku wykazały możliwość realizacji testów z dowolnym, niezależnym sterowaniem wydatkami wentylatorów centrali. Na zarejestrowanych przebiegach przedstawionych na rysunku 3 widoczne są dwa sposoby pracy centrali wentylacyjnej. Periodyczna modulacja wartości strumieni V L i V Z jest widoczna na rysunku 3A zaś całkowite wyłączenie strumienia V Z przy niezmienionym przepływie V L prezentuje rysunek 3B. 5. OBNIŻENIE ENERGOCHŁONNOŚCI BADAŃ Pomiary zużycia energii przez stanowisko badawcze dokonywane w celu oszacowania kosztu testów wykazały znaczny wzrost energochłonności badań po wprowadzeniu opisanych zmian konstrukcyjnych i funkcjonalnych. Dokonano analizy zmiany entalpii strumieni powietrza na wykresie Molliera dla przypadków zamkniętego obiegu powietrza i strumieni rozdzielonych na przykładowych wynikach pomiarów. Na rysunku 4 przedstawiano zachodzące przemiany parametrów powietrza. 7058

6 A B C Rys. 4. Przemiany parametrów powietrza (przykładowe wyniki badań): A w zamkniętym obiegu powietrza, B z rozdzielonymi strumieniami powietrza, C z rekuperatorem kompensacyjnym. parametry powietrza: CZ czerpnia, N nawiew do pomieszczenia, U - usuwane z pomieszczenia, W wylot na zewnątrz, przemiany: w badanym rekuperatorze, w komorach ZIMA i LATO (wynikowe), w rekuperatorze kompensacyjnym Wyniki przeprowadzonej analizy przedstawiono w tabeli 1. W przypadku zamkniętego obiegu powietrza sumaryczna zmiana entalpii wywołana przez agregaty klimatyzacyjne zainstalowane w komorach układu badawczego wynosi 36,5 kj/kg. Po rozdzieleniu obiegów powietrza, kiedy to skutek przemian powietrza zachodzących w badanym rekuperatorze musi być całkowicie odwrócony w komorach klimatyzacyjnych, sumaryczna zmiana entalpii wywoływana w komorach wynosi 71,5 kj/kg. Wiąże się to w oczywisty sposób ze zwiększonym zapotrzebowaniem na energię zewnętrzną do zasilania układu badawczego i stanowi ograniczenie wydajności stanowiska przy badaniach central o dużej wydajności energetycznej. Tab. 1. Zmiana entalpii h powietrza podczas przemian zachodzących w stanowisku badawczym [kj/kg] z rekuperatorem kompensacyjnym komora LATO komora ZIMA zamknięty obieg powietrza rozdzielone strumienie powietrza w rekuperatorze kompensacyjnym w komorach h L 20,5 38,0 19,0 19,0 h Z -16,0-33,5-19,5-14,0 RAZEM h L + h Z 36,5 71,5 38,5 33,0 W celu ograniczenia zużycia energii podczas badań i zachowania możliwości testowania wymienników ciepła o możliwie dużej wydajności, w obiegu powietrza zastosowano dodatkowy rekuperator kompensacyjny. Jego rolę pełni regenerator rotacyjny zainstalowany na kanałach odprowadzających powietrze z badanej centrali do komór klimatyzacyjnych.. Następuje w nim wymiana ciepła między strumieniami powietrza powracającego do komór jak przedstawia wykres Molliera (rys. 4C). Daje to efekt energetyczny w postaci sumarycznej zmiany entalpii o 38,5 kj/kg w rekuperatorze wymagającym jedynie zasilania wywołującego ruch rotora, dzięki czemu przemiany 7059

7 w komorach ograniczają się do 33 kj/kg. Schemat udoskonalonego stanowiska przedstawiono na rysunku 5. Rys. 5. Schemat udoskonalonego prototypowego stanowiska do badania wymienników do odzysku ciepła wentylacyjnego Rzeczywiste zapotrzebowanie na energię elektryczną do zasilania stanowiska zależy głównie od różnicy temperatur powietrza zewnętrznego i usuwanego z pomieszczenia oraz od strumienia powietrza przepływającego przez badaną centralę i jej sprawności. W trakcie badań, których wyniki przedstawiono na rysunku 4 temperatura zewnętrzna wynosiła -15ºC, a powietrza usuwanego +20ºC. Przy przepływie przez badaną centralę wynoszącym 800 m 3 /h, zaoszczędzona moc potrzebna na przemiany zachodzące w rekuperatorze kompensacyjnym wynosi około 10 kw. 6. OBNIŻENIE ENERGOCHŁONNOŚCI BADAŃ Norma PN-EN 308 [8] zakłada badania odzysku ciepła przy temperaturze powietrza zewnętrznego równej -15ºC i +5ºC, a powietrza wywiewanego +25ºC i +15ºC. Niezależnie od testów standardowych stanowisko jest przeznaczone do wspomagania prac badawczo-rozwojowych, w których badania powinny być realizowane przy elastycznie i sprawnie regulowanych parametrach w możliwie szerokim zakresie. Podczas prowadzonych prac badawczo-testowych stwierdzono zbyt duże wahania temperatury występujące w komorze symulującej warunki zewnętrzne. Takie działanie urządzenia wywołane było cykliczną pracą agregatu ziębniczego podczas wykonywania testów w temperaturach powyżej -5 C. Zidentyfikowaną przyczyną była za mała moc grzewcza elektrycznych ogrzewaczy powietrza zainstalowanych w komorze w celu niwelowania wydajności chłodniczej i tym samym stabilizacji temperatury przygotowanego w komorze powietrza. Dążąc do ustabilizowania temperatury powietrza wychodzącego z komory zimnej, tzn. powietrza symulującego powietrze zewnętrzne wprowadzane do badanego urządzenia, zastosowano dodatkową nagrzewnicę elektryczną w sekcji wstępnego nagrzewu powietrza. Dodatkowa nagrzewnica kompensacyjna zainstalowana w pobliżu parowników układu ziębniczego, zabezpiecza go przed częstym, okresowym wyłączaniem, powodującym duże wahania temperatury w komorze, widoczne jako niepożądane zmiany temperatury powietrza w czerpni. W celu weryfikacji poprawności działania urządzenia, po wprowadzeniu wyżej opisanych zmian przeprowadzono badania porównawcze z zastosowaniem wybranego wymiennika, w tych samych warunkach cieplno wilgotnościowych. Rysunki 6, 7 i 8 przedstawią wykresy stabilizacji temperatury powietrza po stronie czerpni rekuperatora (opuszczającego komorę Zima ), zarejestrowane przed wprowadzeniem dodatkowej nagrzewnicy oraz po jej instalacji. 7060

8 Rys. 6. Wykres stabilizacji temperatury po stronie czerpni - temperatura nastawy 5 C (strumień powietrza nawiewanego V Z =300m 3 /h, strumień powietrza usuwanego V L =500m 3 /h) Z wykresu na rysunku nr 5 wynika, że histereza temperatury przed zmianami wynosiła H=1,4 C, natomiast histereza temperatury po zmianach nie przekracza H=0,2 C Rys. 7. Wykres stabilizacji temperatury po stronie czerpni - temperatura nastawy 5 C (strumień powietrza nawiewanego V Z =500m 3 /h, strumień powietrza usuwanego V L =500m 3 /h) Z wykresu na rysunku nr 7 wynika, że histereza temperatury przed zmianami wynosiła H=1,6 C, natomiast histereza temperatury po zmianach nie przekracza H=0,3 C Rys. 8. Wykres stabilizacji temperatury po stronie czerpni - temperatura nastawy 5 C (strumień powietrza nawiewanego V Z =500m 3 /h, strumień powietrza usuwanego V L =800m 3 /h) Z wykresu na rysunku nr 8 wynika, że histereza temperatury przed zmianami wynosiła H=2,2 C, natomiast histereza temperatury po zmianach nie przekracza H=0,2 C. Na podstawie analizy wykresów przedstawionych na rysunkach nr 6, 7 i 8 stwierdzono, iż histereza przebiegu zmienności nastawionych temperatur zmalała nawet do 10 % wcześniejszej wartości. W opracowanym rozwiązaniu wartość histerezy jest stabilna i nie zależy od natężenia 7061

9 przepływu powietrza przez komorę. Zastosowanie nagrzewnicy wstępnej w komorze pozwoliło na szybką i skuteczną stabilizację temperatury powietrza wylotowego na poziomie temperatury zadanej. Ogrzewanie schłodzonego powietrza okazało się rozwiązaniem dokładniejszym niż sterowanie przerywaną praca agregatu ziębniczego. Opisane prace pozwoliły na zmodernizowanie stanowiska badawczego do docelowego stanu technicznego umożliwiającego wykonanie standardowych testów przewidzianych w przepisach normatywnych oraz badań przy dowolnie regulowanych parametrach powietrza w zakresie od -25ºC do +10ºC dla powietrza zewnętrznego, od +10ºC do +30ºC dla powietrza usuwanego z pomieszczenia i wilgotności względnej wynoszącej od kilku do 70% w zależności od temperatury. 7. USPRAWNIENIE REGULACJI TEMPERATURY W KOMORZE LATO Zainstalowanie dodatkowego rekuperatora rotacyjnego na kanałach odprowadzających powietrze z badanej centrali do komór klimatyzacyjnych spowodowało, że do komory Lato kierowano powietrze znacznie cieplejsze niż w przypadku rozwiązania pierwotnego. Efektem było korzystne zmniejszenie zapotrzebowania energetycznego, ale jednocześnie wystąpił problem prowadzenia badań w temperaturach niższych niż temperatura otoczenia. Szczególnie w okresie letnim, gdy temperatura otoczenia przekracza 25 C, osiągnięcie temperatury poniżej 15 C w komorze Lato było niemożliwe. W celu regulacji umożliwiającej obniżenie temperatury w komorze LATO zainstalowano klimatyzator wg schematu przedstawionego na rysunku nr 5. Instalacja klimatyzatora dodatkowo umożliwiła osuszanie powietrza kierowanego do komory Lato. Wykorzystanie klimatyzatora zapewnia szybką zmianę scenariusza badań związanego z obniżeniem poziomu wilgotności powietrza dostarczanego do rekuperatora od strony wyciągu z pomieszczenia. Charakterystykę obniżania wilgotności z 30 do 10% przedstawia rysunek nr 9. Rys. 9. Charakterystyka osuszania powietrza w komorze Lato Czas zmiany scenariusza badań związany z obniżeniem wilgotności nie przekroczył 4500 sekund. Na rysunku nr 10 zaprezentowano charakterystykę stabilizacji wilgotności na ustawionym poziomie 35%. 7062

10 Rys. 10. Charakterystyka stabilizacji wilgotności powietrza w komorze Lato Po upływie 3000 sekund wilgotność osiągnęła zakładana wartość. Widoczne, kolejne przeregulowania nie przekraczają poziomu 4%. PODSUMOWANIE Stanowisko do badania efektywności rekuperatorów do odzysku ciepła wentylacyjnego jest przykładem złożonego systemu badawczego, w którym równocześnie występują: zewnętrzne wymuszenie warunków pracy badanego obiektu, autonomiczna reakcja badanego obiektu na wymuszenia zewnętrzne wpływająca na zmianę wartości parametrów określających te wymuszenia. Taki sposób działania systemu wynika z konieczności odtworzenia rzeczywistych warunków pracy centrali wentylacyjnej z rekuperatorem wyposażonej we własny układ sterowania. Osiągnięcie docelowych właściwości stanowiska badawczego zgodnych z przepisami normatywnymi, wymagało na etapie uruchamiania prototypu przeprowadzenia następujących iteracyjnych działań doskonalących: modyfikacja obiegu powietrza w celu obniżenia oporów przepływu i umożliwienia dowolnego różnicowania strumieni przepływających przez rekuperator, pozwalająca na autonomiczną pracę badanego obiektu, wprowadzenie dodatkowych urządzeń klimatyzacyjnych i optymalizacja algorytmów sterowania temperaturą i wilgotnością powietrza zewnętrznego i wewnętrznego w celu uzyskania wymaganej stabilności parametrów badań, poprawa wewnętrznego bilansu energetycznego układu badawczego poprzez zastosowanie dodatkowego wymiennika ciepła w celu obniżenia zużycia energii podczas testów. W wyniku przeprowadzonych badań weryfikacyjnych stwierdzono, że dzięki wprowadzonym udoskonaleniom, system pozwala na kompleksowe przeprowadzenie standardowych testów central wentylacyjnych z odzyskiem ciepła oraz prowadzenie testów w ramach prac badawczo-rozwojowych w szerokim zakresie parametrów pracy. Zastosowanie opracowanego systemu do wyznaczania odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych klimatyzowanych magazynów o podwyższonych wymaganiach klimatycznych, szczególnie pomieszczeń hurtowni farmaceutycznej umożliwi stosowanie rozwiązań o wiarygodnych, zweryfikowanych parametrach eksploatacyjnych. Praca naukowa wykonana w ramach realizacji Programu Strategicznego pn. Innowacyjne systemy wspomagania technicznego zrównoważonego rozwoju gospodarki w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka. 7063

11 Streszczenie W artykule zaprezentowano problematykę dotycząca kondycjonowania powietrza w klimatyzowanych magazynach o wysokich wymaganiach dotyczących standardu klimatu wewnętrznego. Problem omówiono na przykładzie magazynu funkcjonującego w hurtowni farmaceutycznej. Zgodnie z zasadami Dobrej Praktyki Dystrybucyjnej, hurtownia farmaceutyczna musi posiadać pomieszczenia magazynowe do przechowywania leków, gwarantujące uzyskanie warunków temperaturowych określonych w odpowiednich świadectwach rejestracji. W celu uzyskania wymaganych parametrów cieplnych i wilgotności, przy zachowaniu urzędowych wymagań związanych energooszczędnością nowych budowli, konieczne jest stosowanie urządzeń zapewniających odzysk ciepła z powietrza usuwanego z pomieszczenia w procesie wentylacji. Spełnienie restrykcyjnych wymagań umożliwią jedynie urządzania rekuperacyjne charakteryzujące się wysoką sprawnością i skutecznością odzysku energetycznego. W artykule przedstawiono prototypowe urządzenie i metodykę badania central wentylacyjnych z odzyskiem ciepła wentylacyjnego. Podjęcie badań efektywności central wentylacyjnych stosowanych w klimatyzowanych halach magazynowych o zróżnicowanych rozwiązaniach technicznych wymagało zbudowania systemu pomiarowego odtwarzającego rzeczywiste warunki pracy badanego obiektu niezależnie od jego właściwości. W artykule przedstawiono proces badań i doskonalenia prototypu unikatowego systemu do wyznaczania parametrów eksploatacyjnych rekuperatorów ciepła stosowanych w systemach wentylacji mechanicznej. Doskonalenie systemu polegało na dostosowaniu jego rozwiązań konstrukcyjnych i funkcjonalnych do wymaganych warunków badań nowoczesnych urządzeń wyposażonych we własne systemy sterowania. Study on a prototype system for the determination of heat recovery in ventilation of air-conditioned warehouses Abstract The article presents the issues of air conditioning in air-conditioned warehouses with high requirements as to the indoor climate. The problem is discussed on the example of a pharmaceutical warehouse. In accordance with the principles of Good Distribution Practice, a pharmaceutical wholesaler must have a separate storage facilities in which medicines are kept, and which guarantees temperature conditions specified in the relevant certificates of registrations. In order to obtain the required parameters of heat and humidity, and complying with the official requirements related to energy efficiency of new buildings, it is necessary to use equipment enabling the recovery of heat from the air sucked out from the room. These stringent requirements can be met only by recuperators with high energy recovery efficiency. The article presents a prototype device and methodology for the study of ventilation with heat recovery. The tests on the effectiveness of ventilation used in air-conditioned warehouses with different technical solutions, required the development of a measurement system reproducing the actual operating conditions of the object, regardless of its properties. The article presents the R&D process for the prototype of an original system for determining the operating parameters of heat recuperators used in mechanical ventilation systems. The improvement of the system consisted in the adaption of its structural and functional elements to test conditions required for modern equipment with own control systems. BIBLIOGRAFIA 1. Dziok D., Dobra praktyka dystrybucji w logistyce farmaceutyków. Logistyka 2010, nr 6 2. Kozioł S., Zbrowski A., Wojtas K., Wrona J., Koncepcja systemu do badania sprawności i bezpieczeństwa wentylacyjnych układów odzysku ciepła. Problemy Eksploatacji 2012 nr 1, s Kunysz A., Logistyka leków a prawo farmaceutyczne [dostęp ] 4. Maludziński B., Centrale wentylacyjne rekuperacyjne odzysk energii cieplnej. Chłodnictwo i klimatyzacja 2006, nr Ministerstwo Zdrowia: Informacja dotycząca warunków przechowywania i transportu szczepionek. &ma= /1 [dostęp ] 7064

12 6. MKT - Średnia Temperatura Kinetyczna. Magazynowanie i transport kontra kaprysy wymogów regulacyjnych. [dostęp ] 7. Norma PN-EN :2010: Wentylacja budynków. Badanie właściwości elementów/wyrobów do wentylacji budynków mieszkalnych. Badanie właściwości urządzeń mechanicznych nawiewu i wywiewu (uwzględniono odzysk ciepła) do instalacji wentylacji mechanicznej w budynkach jednorodzinnych. 8. Norma PN-EN 308:2011 Wymienniki ciepła. Procedury badawcze wyznaczania wydajności urządzeń do odzyskiwania ciepła w układzie powietrze-powietrze i powietrze-gazy spalinowe. 9. Pasierb S., Liszka S., Bogacki M., Osicki A., Kukla P., Zieliński T., Efektywne wykorzystanie energii w firmie poradnik. Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji, Warszawa Pełech, A., Wentylacja i Klimatyzacja-podstawy, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej Serafin A., Wysokie temperatury, a jakość leków. [dostęp ] 12. Targański W., Odzysk ciepła przegląd metod. Materiały seminaryjne Forum Wentylacja Salon Klimatyzacja 2009, s Zbrowski A., Kozioł S., Kosowska P., Zastosowanie metod CFD w projektowaniu przepływowej komory kalorymetrycznej symulującej warunki klimatu wewnętrznego w budynku mieszkalnym. Energetyka, Zeszyt tematyczny nr XXIV, , s Zbrowski A., Kozioł S., Prymon M., Wojtas K., Analiza stanu powietrza w procesach badań systemów odzysku ciepła. TTS Technika Transportu Szynowego 9/2012, s Zbrowski A., Kozioł S., Wojnar K., Zastosowanie metod CFD w projektowaniu przepływowej komory kalorymetrycznej symulującej zimowe warunki klimatyczne. Energetyka, Zeszyt tematyczny nr XXIV, , s