Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny Automatyka chłodniczo-klimatyzacyjna - seminarium. Temat: Systemy regulacji wilgotności powietrza w obiektach klimatyzacyjnych. Prowadzący: dr inŝ. Zenon Bonca Wykonał: Mirosław Szydłowski Sem.: 9. Specjalność: SUChKl Rok akad. 2005/2006
Zakres pracy: 1. Parametry komfortu cieplnego pomieszczenia 2. Przegląd urządzeń do pomiaru wilgotności 3. Układy regulacji wilgotności. 4. Przemiany na wykresie h-x 5. Podsumowane Literatura 1. Parametry komfortu cieplnego pomieszczenia. Systemy klimatyzacyjne mają zapewnić w miejscu pracy lub odpoczynku dobre samopoczucie człowieka, a w przemyśle ponadto dopomóc w uzyskaniu dobrego produktu. Samopoczucie cieplne człowieka jest dobre gdy nie odczuwa ani chłodu ani gorąca. W wyniku długotrwałych obserwacji i badań ustalono pewien zakres parametrów powietrza, który przez większość ludzi został określony jako stan dobrego samopoczucia. Na stan dobrego samopoczucia wywierają wpływ: Temperatura Wilgotność Czystość powietrza Prędkość poruszania się powietrza Temp. otaczających powierzchni przegród budowlanych i przedmiotów. Wpływ wilgotności na samopoczucie człowieka. Samopoczucie człowieka moŝe być dobre w duŝych zakresach zmienności wilgotności względnej powietrza. Wywiera ona wpływ na samopoczucie ludzi wówczas, gdy jest to związane z koniecznością odparowania wody z powierzchni skóry. JeŜeli w pomieszczeniu występuje wysoka temperatura i wilgotność względna powietrza, wówczas zostaje zahamowany proces odparowania wody z powierzchni skóry, człowiek zaczyna się pocić i odczuwać duszność.
Tab.1. Zalecane parametry środowiska termicznego wewnątrz budynków publicznych.[1]
Tab.2. Wymagane temperatury i wilgotności w pomieszczeniach przemysłowych[1].
2. Urządzenia do pomiaru wilgotności. Urządzenia do pomiaru wilgotności lub stanu psychrometrycznego powietrza wilgotnego noszą nazwę higrometrów, niezaleŝnie od jednostki miary, w jakiej jest wyraŝona wilgotność. 2.1. Psychrometry Metody psychrometryczne polegają na wykorzystaniu zjawiska obniŝania się temperatury wilgotnej powierzchni przy przepływie powietrza nienasyconego. Rys. Psychrometr aspiracyjny Assmanna [3] 1- termometr suchy 2- termometr wilgotny 3- koszulka z gazy lub batystu 4- wentylator 5- kanał powietrzny Rys. Wykres do odczytu wskazań psychrometru Assmanna[3] Przedstawiony psychrometr moŝe być stosowany do celów laboratoryjnych bądź jako przyrząd wzorcowy. Dla celów przemysłowych tego typu psychrometr posiada masywniejsza konstrukcje. Termometry mogą być zastąpione termometrami oporowymi bądź termoparami. W takim wykonaniu wartość wilgotności w postaci
sygnału elektrycznego moŝe być przesyłany na większe odległości, np. w celu sterowania procesem nawilŝania bądź osuszania. Zalety: duŝa dokładność pomiaru, duŝy zakres pomiarowy, brak skomplikowanych elementów Wady: skomplikowany pomiar oraz ograniczenie w stosowaniu w automatycznych układach 2.2. Czujniki elektryczne. Czujniki elektryczne oparte są na zastosowaniu substancji lub złoŝonych układów, które absorbują lub tracą wilgoć przy zmianie wilgotności względnej otoczenia, co powoduje zmianę właściwości elektrycznych układu (impedancja, pojemność elektryczna lub inne pomiary elektryczne) Typy czujników elektrycznych: Czujnik rezystancyjny Dunmor a Składa on się z dwóch elektrod naniesionych na płytkę pokrytą warstwą z utrwalonym 2-5% roztworem chlorku litu. Czujniki tego typu dobiera się dla pewnego zakresu wilgotności względnej, zakres ten jest uzaleŝniony od grubości warstwy higroskopijnej. Czujnik elektroniczny z warstwą higroskopijną z organicznego polimeru. Polimer osadzony jest technologią cienkowarstwową na podłoŝu przepuszczającym wilgoć. W czujnikach impedancyjnych tego typu występuje zjawisko przewodzenia jonowego lub elektronowego. Zalety: małe wymiary, niska cena, szybkie czasy odpowiedzi. Wady: niska dokładność w zakresie wilgotności 1do 15%
Czujniki elektryczne z Ŝywicą jonowymienną Zawierają w sobie polimer o wysokiej względnej masie molowej, który zawiera grupy polarne z ujemnymi lub dodatnimi ładunkami w strukturze usieciowionej. W obecności wody lub pary wodnej wiązania elektrostatyczne jonów staja się mobilne dzięki czemu moŝna wykryć napięcie elektryczne. Zalety: duŝy zakres pomiarowy od 15 do 95% wilgotności Wady:?? Czujniki impedancyjne z porowatą ceramika Działają one na zasadzie dysocjacji cząstek wody na warstwie tlenku ceramicznego stanowiącego higroskopijną czynna warstwę czujnika. Dysocjacja powoduje migrację protonów, przez co zmienia się impedancja czujnika wraz ze wzrostem zawartości wody. Zalety: czułe, odporne na wysokie temp.(200c), nie tracą swych własności gdy są zmoczone. Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu Zalety: stałość charakterystyki przy zmianach temp., mała bezwładność wskazań Wady: przy wartościach wilgotności powyŝej 80% długi czas ustalania wskazania.
2.3. Termohigrometry. Termohigrometry są to urządzenia do jednoczesnego pomiaru temperatury i wilgotności względnej powietrza. Elementy pomiarowe w termohigrometrze wykorzystują dwa czujniki: Cienkowarstwowy rezystor platynowy Cienkowarstwowy pojemnościowy czujnik wilgotności względnej (kondensator którego pojemność jest zaleŝna od wilgotności względnej). Rys. Termohigrometry jednostanowiskowe LAB- EL [1]. Termohigrometry pozwalają mierzyć wilgotność względna powietrza w zakresach: 10-95% w zakresie temp. do +40C 10-60% w zakresie temperatur do +70C 10-40% w zakresie temperatur do +85C Zalety: duŝa dokładność pomiaru +- 2%, brak analogowych elementów rególacji duŝa szybkość pomiaru automatyzacja pomiarów przesyłanie sygnału na duŝą odległość ( do kilku km) Wady: wysoka cena jednostki
3. Układy regulacji wilgotności. 3.1. Instalacja niskociśnieniowa Rys. Schemat regulacji niskociśnieniowej instalacji klimatyzacyjnej [2]. JeŜeli wilgotność powietrza spadnie poniŝej wartości zadanej, to przez zainstalowany w pomieszczeniu czujnik H i regulator RIV otworzy się zawór M6 nagrzewnicy wstępnej I. JeŜeli zaś wilgotność wzrośnie ponad wartość zadaną, to zawartość wilgoci w powietrzu zostaje zmniejszona przez wykroplenie się wilgoci na chłodnicy. Regulator RIV przy zbyt wysokiej wilgotności w pomieszczeniu, otworzy zawór M 7 chłodnicy, natomiast pompa wody obiegowej zostanie wyłączona za pomocą wyłącznika S 2.
3.2. Instalacja wysokociśnieniowa Rys. Schemat regulacji wysokociśnieniowej instalacji klimatyzacyjnej z dwururowym systemem wodnym [2]. W układzie takim parametrem regulowanym jest temperatura punktu rosy. Czujnik temp. T 1, umieszczony za komora zraszania, mierzy temp. powietrza nasyconego odpływającego z komory. Wartość ta jest porównywana w regulatorze R II z nastawioną w nim wartością zadaną. JeŜeli punkt rosy leŝy za nisko, wtedy otwierany jest zawór M 1 nagrzewnicy wstępnej powietrza. JeŜeli punk rosy leŝy za wysoko regulator otwiera zawór M 2 chłodnicy, natomiast wyłącznik S 2 wyłącza pompę obiegową komory zraszania.
3.3. Instalacja dwuprzewodowa. Rys. Schemat regulacji dwuprzewodowej instalacji klimatyzacyjnej [2]. Czujnik wilgoci H umieszczony w przewodzie wywiewnym oddziałuje na regulator R IV. Regulator zmienia strumień masy wody obiegowej w komorze zraszania, w wyniku czego zmienia się stopień zraszania w komorze. Dzięki temu w komorze zraszania nastąpi spadek wilgotności powietrza poniŝej punktu nasycenia, a zatem temperatura odpływającego powietrza z komory zraszania będzie wyŝsza. Regulator R II ma za zadanie utrzymać tę temperaturę na stałym poziomie. Przy zmniejszaniu strumienia masy wody obiegowej komory zraszania zmniejszana jest moc cieplna nagrzewnicy wstępnej do tego stopnia, aŝ czujnik T 2 osiągnie wartość zadaną.
4. Przemiany na wykresie h-x Rys. Układ regulacji procesu adiabatycznego nawilŝania powietrza przez zmianę wydajności cieplnej nagrzewnicy wstępnej oraz proces nawilŝania na wykresie i-x[1] N1- nagrzewnica wstępna N2- nagrzewnica wtórna 1- regulator temperatury punktu rosy 2- czujnik 3- siłownik zaworu nagrzewnicy
Rys. Układ regulacji nawilŝania powietrza parą wodną oraz przemiany na wykresie i- x [1] 1- czujnik wilgotności pomieszczenia 2- regulator 3- siłownik zaworu. 6. Podsumowanie Obecnie do regulacji wilgotności w klimatyzacji na szeroką skalę stosowane są systemy elektroniczne regulacji wilgotności. Uzyskany sygnał elektroniczny jest łatwy do przetworzenia na inne wielkości mechaniczne, ponadto ułatwiony jest przesył takiego sygnału. Przy doborze czujników wilgotności naleŝy kierować się zakresem wilgotności jaka ma występować w danym pomieszczeniu lub w prowadzonym procesie technologicznym. Ponadto naleŝy brać pod uwagę
dokładność zachowania parametru wilgotność szczególnie waŝne w niektórych procesach technologiczny. Bardzo waŝnym parametrem jest temperatura ośrodka, jak wiadomo czym niŝsza temperatura tym trudniej utrzymać wymaganą wilgotność, poniewaŝ zmienia się ona w bardzo wąskim zakresie. Literatura: [1] Kostyrko K., Łobzowski A.: Klimat. Pomiary, rególacja; [2] Fritz Steimle: Kurs klimatyzacji; [3] Kołodziejczyk L., Mańkowski S., Rubik M.: Pomiary w inŝynierii sanitarnej; [4] Malicki M.: Wentylacja i klimatyzacja.