Górnictwo i Geoin ynieria Rok 29 Zeszyt 1 2005 Krzysztof Filek*, Waldemar Franczuk**, Piotr uska***, Bernard Nowak*, Janusz Roszkowski* CH ODZENIE POWIETRZA MA OGABARYTOWYMI WODNYMI CH ODNICAMI ŒCIANOWYMI 1. Wprowadzenie W wyrobiskach œcianowych podziemnych kopalñ wêgla wystêpuj¹ czêsto niekorzystne warunki klimatyczne. Na g³êbokich poziomach wysoka temperatura pierwotna górotworu i wysoki stopieñ koncentracji wydobycia sprawiaj¹, e nawet przy intensywnej wentylacji nie udaje siê niekiedy utrzymaæ temperatury na ca³ej d³ugoœci œcian w dopuszczalnych granicach. Wynikiem tego s¹ gorsze warunki pracy górników i gorsze efekty ekonomiczne kopalñ, zwi¹zane ze skracaniem czasu pracy. Zagro enie cieplne w wyrobiskach œcianowych zwalcza siê w takich przypadkach metod¹ sch³adzania, które najczêœciej przeprowadza siê z wykorzystaniem przeponowych ch³odnic o bezpoœrednim lub poœrednim dzia³aniu. Skoncentrowanie du ej mocy ch³odniczej w jednym miejscu (zwykle w pr¹dzie œwie ego przed wlotem do œciany) nie jest korzystne, gdy znaczne obni enie temperatury zwiêksza wydajnoœæ istniej¹cych w wyrobisku Ÿróde³ ciep³a (górotwór, maszyny) i mo e byæ szkodliwe dla zdrowia górników. Dobre efekty, równie w postaci mniejszej wymaganej mocy ch³odniczej, daje zastosowanie kilku niedu ych ch³odnic rozmieszczonych wzd³u œciany w pewnych odstêpach od siebie. Artyku³ niniejszy dotyczy ch³odzenia takim w³aœnie systemem, z³o onym z czterech ma³ogabarytowych wodnych przeponowych ch³odnic typu SCP-40. Przedstawiono wyniki pomiarów parametrów wymieniaj¹cych ciep³o mediów (ch³odzonego i wody ch³odz¹cej), wykonanych w œcianie 3J w pok³adzie 502 KWK Œl¹sk ; zamieszczono te rezultaty obliczeñ wylotowych parametrów mediów i porównano je z wartoœciami uzyskanymi z eksperymentów. * Wydzia³ Górnictwa i Geoin ynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków ** KWK Œl¹sk, Ruda Œl¹ska *** Termospec sp. z o.o. ory 21
2. Opis eksperymentów Œcianow¹ ch³odnicê SCP-40 (rys. 1 i 2) stanowi przeponowy przeciwpr¹dowy wymiennik ciep³a, zbudowany z pakietu wê ownicowo wygiêtych miedzianych rurek z zimn¹ wod¹, omywanych z zewn¹trz przez ch³odzone powietrze. Jego przep³yw wymusza zamocowany do stalowej obudowy wymiennika wentylator lutniowy typu WLE-303A/1. wlot wody wylot wylot wody wentylator lutniowy wlot wê ownica Rys. 1. Widok ch³odnicy œcianowej SCP-40; usuniêto górn¹ czêœæ obudowy 7 5 4 2 1 3 11 9 A Kierunek przep³ywu 8 443 ~ 470 12 13 A 408 D³ugoœæ z wentylatorem ~ 2405 1462 A A 6 14 10 Rys. 2. Schemat budowy ch³odnicy œcianowej SCP-40: 1 obudowa ch³odnicy, 2 zespó³ wê ownic, 3 kolektor wlotowy wody, 4 kolektor wylotowy wody, 5 zespó³ dysz zraszaj¹cych, 6 kratka zabezpieczaj¹ca, 7 ko³nierz do monta u wentylatora, 8 odp³yw skroplin, 9 przy³¹cze wody zraszacza, 10 pokrywa rewizyjna górna, 11 przy³¹cze wody ch³odz¹cej, 12 pokrywa czo³owa, 13 pokrywa tylna, 14 zaczep transportowy 22
Zbadano dwa systemy ch³odzenia ró ni¹ce siê sposobem doprowadzenia wody do ch³odnic œcianowych. Schematy tych dwóch wariantów instalacji ch³odniczej pokazano na rysunkach 3 (wariant A) i 4 (wariant B). Rys. 3. Schemat wykorzystuj¹cego ma³ogabarytowe ch³odnice œcianowe uk³adu ch³odzenia (wariant A) w œcianie 3J w pok³adzie 502 KWK Œl¹sk Rys. 4. Schemat wykorzystuj¹cego ma³ogabarytowe ch³odnice œcianowe uk³adu ch³odzenia (wariant B) w œcianie 3J w pok³adzie 502 KWK Œl¹sk 23
W wariancie A ch³odnice œcianowe po³¹czone by³y szeregowo p³yn¹ca z parownika ch³odziarki TS-450 zimna woda przep³ywa³a kolejno przez ch³odnice nr 4, 3, 2 i 1, przejmuj¹c ciep³o od i stopniowo siê ogrzewaj¹c, a nastêpnie ogrzana powraca³a do parownika, gdzie by³a sch³adzana i powraca³a do obiegu. Natomiast w wariancie B ch³odnice œcianowe po³¹czone by³y szeregowo po dwie, przy czym obie pary ch³odnic po³¹czone by³y równolegle p³yn¹ca z parownika zimna woda rozdziela³a siê i wp³ywa³a do ch³odnic nr 4 i nr 2, a nastêpnie z ch³odnicy nr 4 do ch³odnicy nr 3, a z ch³odnicy nr 2 do ch³odnicy nr 1, po czym ogrzana woda wyp³ywaj¹ca z ch³odnic o numerach nieparzystych wspólnym przewodem wraca³a do parownika. W obydwóch wariantach usytuowanie ch³odnic œcianowych w wyrobisku by³o identyczne ch³odzone powietrze przep³ywa³o przez ch³odnice w kolejnoœci od nr 1 poprzez nr 2 i nr 3 do nr 4. W uk³adzie B, na skutek mniejszego oporu przep³ywu (ch³odnice w dwóch równoleg³ych ga³êziach), uzyskano nieco wiêkszy sumaryczny wydatek wody ch³odz¹cej; w uk³adzie A przez wszystkie ch³odnice p³ynê³a woda z wydatkiem 2,5 kg/s, zaœ w uk³adzie B z wydatkiem 3,0 kg/s (w uk³adzie tym wydatek wody w ka dej ch³odnicy œcianowej wynosi³ 1,5 kg/s). Dodaæ tu nale y, e o ile w wymianie ciep³a w ch³odnicach œcianowych bra³a udzia³ ca³a sch³adzana w parowniku ch³odziarki TS-450 woda, to uczestniczy³a w tej wymianie jedynie czêœæ p³yn¹cego wyrobiskiem œcianowym koñcowy rezultat ch³odzenia dan¹ ch³odnic¹ by³ efektem mieszania siê w wyrobisku strugi wyp³ywaj¹cej z ch³odnicy i strugi omijaj¹cej j¹. Badane uk³ady ch³odzenia obejmowa³y: parownik ch³odziarki sprê arkowej typu TS-450, w którym ch³odzona by³a woda przeznaczona do zasilania ma³ogabarytowych ch³odnic œcianowych typu SCP-450; cztery ch³odnice œcianowe SCP-40 wraz z wentylatorami lutniowymi typu WLE-303A/1; izolowany zasilaj¹cy przewód wodny transportuj¹cy zimn¹ wodê z parownika ch³odziarki TS-450 do ch³odnic œcianowych; nieizolowany powrotny przewód wodny transportuj¹cy ogrzan¹ wodê z ch³odnic œcianowych do parownika ch³odziarki TS-450; przewody wodne ³¹cz¹ce poszczególne ch³odnice œcianowe; armaturê (z³¹cza przewodów wodnych, zawory wody itp.). W ramach przeprowadzonych badañ mierzone by³y nastêpuj¹ce wielkoœci: bezwzglêdne ciœnienie w wyrobisku, wydatek przep³ywu w wyrobisku, wydatek przep³ywu w ka dej ch³odnicy œcianowej SCP-40, temperatura w wyrobisku (pomiar termometrem suchym), temperatura w wyrobisku (pomiar termometrem wilgotnym), temperatura na wlocie wentylatora ka dej ch³odnicy SCP-40 (pomiar termometrem suchym), temperatura na wlocie wentylatora ka dej ch³odnicy SCP-40 (pomiar termometrem wilgotnym), temperatura na wylocie wentylatora ka dej ch³odnicy SCP-40 (pomiar termometrem suchym), temperatura na wylocie ka dej ch³odnicy SCP-40 (pomiar termometrem suchym), 24
temperatura na wylocie ka dej ch³odnicy SCP-40 (pomiar termometrem wilgotnym), wydatek przep³ywu wody ch³odz¹cej, temperatura wody na wylocie parownika ch³odziarki TS-450, temperatura wody na wlocie parownika ch³odziarki TS-450, temperatura wody na wlocie ka dej ch³odnicy SCP-40, temperatura wody na wylocie ka dej ch³odnicy SCP-40. Ciœnienie mierzono elektronicznym aneroidem typu PAE-03, jego wydatek w wyrobisku i w ch³odnicach okreœlano jako iloczyn zmierzonej anemometrem typu As œredniej prêdkoœci przep³ywu i pola przekroju poprzecznego wyrobiska lub ch³odnicy, temperaturê zaœ psychrometrem aspiracyjnym Assmana. Na podstawie wskazañ termometrów psychrometru (termometru suchego i wilgotnego) oraz aneroidu wyznaczano wzglêdn¹ i w³aœciw¹ wilgotnoœæ. Wydatek przep³ywu wody ch³odz¹cej mierzony by³ przep³ywomierzem typu SONO 2500CT firmy Danfoss, a jej temperatura termometrami rtêciowymi. Miejsca pomiarów parametrów zaznaczono na rysunkach 3 i 4, a ich wyniki zestawiono w tabelach 1 i 2 (na wklejce) oraz na wykresach (rys. 5 8). Na wykresach tych naniesiono punktami w kszta³cie krzy yków wyniki pomiarów temperatury i wilgotnoœci w œcianie w sytuacji bez ch³odzenia, zaœ w sytuacji z ch³odzeniem dla odcinka œciany z zainstalowanymi ch³odnicami odpowiednie wyniki pomiarów naniesiono punktami w kszta³cie okrêgów. W tabelach 3 i 4 podano wyniki pomiarów parametrów wody. Rys. 5. Wariant A uk³adu ch³odzenia. Wyniki pomiarów temperatury w œcianie 3J bez ch³odzenia (+) i z ch³odzeniem () 25
Rys. 6. Wariant A uk³adu ch³odzenia. Wyniki pomiarów wilgotnoœci w³aœciwej w œcianie 3J bez ch³odzenia (+) i z ch³odzeniem () Rys. 7. Wariant B uk³adu ch³odzenia. Wyniki pomiarów temperatury w œcianie 3J bez ch³odzenia (+) i z ch³odzeniem () 26
Rys. 8. Wariant B uk³adu ch³odzenia. Wyniki pomiarów wilgotnoœci w³aœciwej w œcianie 3J bez ch³odzenia (+) i z ch³odzeniem () TABELA 3 Wyniki pomiarów parametrów wody ch³odz¹cej w instalacji ch³odniczej wykorzystuj¹cej ma³ogabarytowe wodne ch³odnice œcianowe w œcianie 3J/502J wariant A Usytuowanie punktu pomiarowego Wydatek przep³ywu wody Temperatura wody Przyrost temperatury wody Moc ch³odnicy kg/s C C kw Wylot parownika ch³odziarki TS-450 2,5 5,6 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 4 2,5 10,8 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 4 2,5 14,6 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 3 2,5 15,0 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 3 2,5 18,3 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 2 2,5 18,5 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 2 2,5 21,4 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 1 2,5 21,8 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 1 2,5 23,4 Wlot parownika ch³odziarki TS-450 2,5 25,5 5,2 3,8 39,8 0,4 3,3 34,6 0,2 2,9 30,4 0,4 1,6 16,8 2,1 27
TABELA 4 Wyniki pomiarów parametrów wody ch³odz¹cej w instalacji ch³odniczej wykorzystuj¹cej ma³ogabarytowe wodne ch³odnice œcianowe w œcianie 3J/502J wariant B Wydatek Usytuowanie przep³ywu wody Temperatura Przyrost Moc wody temperatury wody ch³odnicy punktu pomiarowego kg/s C C kw Wylot parownika ch³odziarki TS-450 3,0 5,8 5,2 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 4 1,5 11,0 5,7 35,8 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 4 1,5 16,7 0,1 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 3 1,5 16,8 4,4 27,7 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 3 1,5 21,2 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 2 1,5 11,4 6,6 41,5 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 2 1,5 18,0 0,0 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 1 1,5 18,0 3,8 23,9 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 1 1,5 21,8 2,7 Wlot parownika ch³odziarki TS-450 3,0 24,5 a) 35 30 powietrze temperatura [ C] 25 20 15 woda b) 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 odleg³oœæ od wlotu ch³odnicy [cm] 26 wilgotnoœæ w³aœciwa [g/kg] 24 22 20 18 16 14 12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 odleg³oœæ od wlotu ch³odnicy [cm] Rys. 9. Wariant A uk³adu ch³odzenia. Wyliczone rozk³ady: a) temperatury i wody; b) wilgotnoœci w³aœciwej w ch³odnicy nr 1. Punktami zaznaczono: wylotowe wyliczone (+) i zmierzone () parametry i wody 28
a) 36 32 temperatura [ C] 28 24 20 16 12 powietrze woda b) wilgotnoœæ w³aœciwa [g/kg] 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 odleg³oœæ od wlotu ch³odnicy [cm] 26 24 22 20 18 16 14 12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 odleg³oœæ od wlotu ch³odnicy [cm] Rys. 10. Wariant B uk³adu ch³odzenia. Wyliczone rozk³ady: a) temperatury i wody; b) wilgotnoœci w³aœciwej w ch³odnicy nr 4. Punktami zaznaczono: wylotowe wyliczone (+) i zmierzone () parametry i wody Wyniki pomiarów temperatury i wilgotnoœci w³aœciwej oraz temperatury wody na wylotach poszczególnych ch³odnic podano w tych e tabelach oraz dodatkowo wraz z wynikami obliczeñ na wykresach (rys. 9 i 10) (tylko dla wybranych przypadków: ch³odnica 1 w wariancie A i ch³odnica 4 w wariancie B). 3. Wyniki obliczeñ parametrów i wody Dla ka dej ch³odnicy œcianowej oddzielnie wykonano odpowiadaj¹ce warunkom pomiarowym obliczenia. Dane wejœciowe do obliczeñ (wydatek, ciœnienie, temperaturê i wilgotnoœæ na wlocie wentylatora ch³odnicy oraz wydatek i temperaturê wody na wlocie ch³odnicy) wziêto z pomiarów. Wielkoœci wyjœciowe (temperatura i wilgotnoœæ na wylocie ch³odnicy, temperatura wody na wylocie ch³odnicy, moc cieplna ch³odnicy) by³y natomiast wyliczane z równañ podanych poni ej. Matematyczny model wodnej ch³odnicy wraz z wyprowadzeniem poszczególnych równañ i z warunkami brzegowymi do równañ ró niczkowych przedstawiono we wczeœniejszych pracach [1, 2, 5], tu przytoczona zostanie jedynie koñcowa jego postaæ. 29
Z obni aniem temperatury w wymienniku ciep³a wi¹ e siê wzrost jego wilgotnoœci wzglêdnej. Gdy temperatura zewnêtrznej powierzchni miedzianych rurek, stanowi¹cych przeponê wymiennika, jest ni sza od temperatury punktu rosy, na powierzchni tej nastêpuje kondensacja pary wodnej zawartej w czêœci strugi kontaktuj¹cej siê bezpoœrednio z przepon¹. W rzeczywistoœci bowiem temperatura w poprzecznym przekroju ch³odnicy jest zró nicowana w pobli u przepony jest ni sza, w oddaleniu od niej wy sza. Zamieszczony ni ej opis matematyczny opiera siê na upraszczaj¹cym za³o eniu, e kondensacja pary wodnej zawartej w ch³odzonym powietrzu nastêpuje jednak dopiero od tego poprzecznego przekroju ch³odnicy, w którym œrednia temperatura ca³ego strumienia osi¹ga wartoœæ odpowiadaj¹c¹ punktowi rosy, a w czêœci parownika bli szej wlotu ch³odzenie odbywa siê bez skraplania pary. Wprowadzenie tego za³o enia umo liwia potraktowanie wymiennika ciep³a jako elementu przestrzennie jednowymiarowego, uwzglêdniaj¹cego zmiennoœæ parametrów i wody jedynie w kierunku równoleg³ym do jego pod³u nej osi. Upraszcza to w sposób zdecydowany uzyskanie praktycznie u ytecznego rozwi¹zania skomplikowanego rzeczywistego zagadnienia. Wykonywane wielokrotnie pomiary w warunkach rzeczywistych potwierdzi³y przydatnoœæ i wystarczaj¹c¹ dla praktyki dok³adnoœæ wyników uzyskanych z rozwi¹zania podanego ni ej modelu [2, 3, 4]. Podane wy ej za³o enie daje w efekcie podzia³ ch³odnicy na dwie strefy strefê suchego (A) i mokrego (B) ch³odzenia. W równaniach u yto nastêpuj¹cych oznaczeñ: b bezwzglêdne ciœnienie [Pa], b f wspó³czynnik bocznikowania ch³odnicy, zdefiniowany jako stosunek masy nie ch³odzonej umownej strugi do ca³kowitej jego masy [ ], c c ciep³o w³aœciwe wody [J/(kg K)], c p ciep³o w³aœciwe przy sta³ym ciœnieniu [J/(kg K)], c w ciep³o w³aœciwe pary wodnej przy sta³ym ciœnieniu [J/(kg K)], F pole powierzchni czynnego poprzecznego przekroju ch³odnicy dla [m 2 ], F w ca³kowite pole powierzchni wewnêtrznej rurek ch³odnicy [m 2 ], F z ca³kowite pole powierzchni zewnêtrznej rurek ch³odnicy [m 2 ], L d³ugoœæ ch³odnicy [m], Q objêtoœciowy wydatek w ch³odnicy [m 3 /s], Q w objêtoœciowy wydatek wody w ch³odnicy [m 3 /s], r p utajone ciep³o parowania wody [J/kg], s wspó³rzêdna bie ¹ca równoleg³a do pod³u nej osi ch³odnicy [m], t 1 temperatura przed sch³odzeniem (na wlocie wentylatora) [ C], t 2 temperatura na wlocie ch³odnicy (za wentylatorem) [ C] t 2 t 1 t w (1) t c temperatura ch³odzonej czêœci (pojêcie ch³odzona czêœæ wi¹ e siê ze wspomnianym wy ej umownym wspó³czynnikiem bocznikowania) [ C], 30
t pr temperatura punktu rosy wlotowego [ C], t w temperatura wody ch³odz¹cej [ C], t w0 temperatura wody ch³odz¹cej na wlocie ch³odnicy [ C], t w przyrost temperatury w wentylatorze [ C], V cw ca³kowita objêtoœæ przestrzeni zajêtej w ch³odnicy przez wodê [m 3 ], v œrednia prêdkoœæ przep³ywu przez ch³odnicê [m/s] Q v (2) F v w0 obliczeniowa prêdkoœæ przep³ywu wody przez ch³odnicê [m/s] v w0 Qw L (3) V cw x 1 wilgotnoœæ w³aœciwa przed sch³odzeniem (na wlocie wentylatora) [kg pary H 2 O/kg such. pow.], x 2 wilgotnoœæ w³aœciwa na wlocie ch³odnicy (za wentylatorem) [kg pary H 2 O/kg such. pow.], x c wilgotnoœæ w³aœciwa ch³odzonej czêœci w ch³odnicy [kg pary H 2 O/kg such. pow.], w wspó³czynnik przejmowania ciep³a przez wodê na wewnêtrznej powierzchni rurek ch³odnicy [W/(m 2 K)], z wspó³czynnik przejmowania ciep³a od na zewnêtrznej powierzchni rurek ch³odnicy [W/(m 2 K)], gêstoœæ [kg/m 3 ], w gêstoœæ wody [kg/m 3 ]. Dla unikniêcia niejednoznacznoœci, w równaniach modelu zmienne parametry i wody zaopatrzono w dodatkowe górne indeksy: (A) dla strefy A i (B) dla strefy B. Uk³ady równañ matematycznego modelu ch³odnicy œcianowej s¹ nastêpuj¹ce: W rozci¹gaj¹cej siê od wlotowego przekroju wymiennika s = 0 do przekroju granicznego s = s g strefie A, w której œrednia temperatura jest wy sza od temperatury punktu rosy ( dt A ) c F F ds w w z z t vfl( 1 bf )( cp cwx )( wfw zfz) ( 1 ( w A ) dt wfw zfz ( A) ( A) ( tc tw ) ds vw0 wvcwcc ( wfw zfz) ( ) x ca x1 x2 ( A) ( A) c t w ) (4) 31
Warunki brzegowe dla strefy A maj¹ postaæ: ( A) tc ( s0) t2 (5) ( A) ( B) t ( ss ) t ( ss ) w g w g W rozci¹gaj¹cej siê od przekroju granicznego s = s g do wylotowego przekroju wymiennika s = L strefie B, w której œrednia temperatura jest ni sza od temperatury punktu rosy wlotowego ( B) dt c F F ds w w z z t c vfl( 1 b f )( cp rp)( wfw zfz) ( ( B) ( ) t w B ) ( B ) dt w wfw zfz ds v ( ) ( ( tc B ) ( tw B ) ) w0 wvcwcc wfw zfz xc B xn tc B u ( ( ) ( ) 379, 8 10 t c B ) 75, ( ), gdzie u u ( B) b 610, 6 10 t c 237, 29 ( B) u dxc 379, 8 7, 5237, 29ln1010 b ( B) ( ) dt c ( t 237, 29) 2 ( 610, 610 ) 2 c B b u (6) z warunkami brzegowymi: ( B) c t ( ss ) t ( B) g pr tw ( sl) tw0 (7) Wspó³rzêdn¹ graniczn¹ s g wyznacza siê z warunku ( t ) ( ss ) t (8) c A g pr Rezultaty obliczeñ parametrów i wody na wylotach poszczególnych ch³odnic œcianowych podano w tabelach 5 8. Dodatkowo na rysunkach 9 i 10 dla wymienionych wczeœniej wybranych przypadków (ch³odnica 1 w wariancie A i ch³odnica 4 w wariancie B) pokazano w postaci wykresów wyliczone rozk³ady (linie) temperatury i wilgotnoœci w³aœciwej ch³odzonej czêœci oraz temperatury wody wzd³u ch³odnicy, wyliczone wartoœci wylotowe parametrów i wody (krzy yki) oraz dla porównania odpowiadaj¹ce im wartoœci otrzymane z pomiarów (okrêgi). 32
TABELA 5 Wyniki obliczeñ parametrów w œcianie 3J/502J z instalacj¹ ch³odnicz¹ wykorzystuj¹c¹ ma³ogabarytowe wodne ch³odnice œcianowe (wariant A) Numer i usytuowanie punktu, którego dotyczy wyliczenie Temperatura termometru suchego Wilgotnoœæ w³aœciwa Wilgotnoœæ wzglêdna Moc och³adzania Moc osuszania Ca³kowita moc cieplna ch³odnicy C g/kg % kw kw kw 4 5 Przed wlotem ch³odnicy œcianowej nr 1, 114 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 1, 121 m od wlotu œciany 3J 31,8 24,37 88,8 27,2 20,73 98,8 7,9 11,7 19,7 6 7 Przed wlotem ch³odnicy œcianowej nr 2, 129 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 2, 136 m od wlotu œciany 3J 31,2 23,87 90,1 25,7 18,86 99,0 10,2 17,5 27,7 8 9 Przed wlotem ch³odnicy œcianowej nr 3, 162 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 3, 169 m od wlotu œciany 3J 30,0 23,67 95,6 23,8 16,93 99,7 10,9 22,8 33,7 10 11 Przed wlotem ch³odnicy œcianowej nr 4, 174 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 4, 181 m od wlotu œciany 3J 29,8 23,01 94,1 21,4 14,62 100,0 13,0 26,1 39,1 33
TABELA 6 Wyniki obliczeñ parametrów w œcianie 3J/502J z instalacj¹ ch³odnicz¹ wykorzystuj¹c¹ ma³ogabarytowe wodne ch³odnice œcianowe (wariant B) Numer i usytuowanie punktu, którego dotyczy wyliczenie Temperatura termometru suchego Wilgotnoœæ w³aœciwa Wilgotnoœæ wzglêdna Moc och³adzania Moc osuszania Ca³kowita moc cie plna ch³odnicy C g/kg % kw kw kw 4 5 Przed wlotem ch³odnicy œcianowej nr 1, 114 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 1, 121 m od wlotu œciany 3J 31,8 24,37 88,8 26,2 19,43 98,9 9,5 15,9 25,4 6 7 Przed wlotem ch³odnicy œcianowej nr 2, 129 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 2, 136 m od wlotu œciany 3J 31,2 24,64 92,8 23,6 16,78 99,6 13,4 27,4 40,7 8 9 Przed wlotem ch³odnicy œcianowej nr 3, 162 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 3, 169 m od wlotu œciany 3J 30,4 23,11 91,3 25,0 18,14 99,1 9,6 16,8 26,4 10 11 Przed wlotem cch³odnicy œcianowej nr 4, 174 m od wlotu œciany 3J Na wylocie ch³odnicy œcianowej nr 4, 181 m od wlotu œciany 3J 30,0 22,92 92,7 22,3 15,42 99,6 12,0 23,3 35,4 34
TABELA 7 Wyniki obliczeñ parametrów wody ch³odz¹cej w instalacji ch³odniczej wykorzystuj¹cej ma³ogabarytowe wodne ch³odnice œcianowe w œcianie 3J/502J (wariant A) Usytuowanie punktu pomiarowego Temperatura wody Przyrost temperatury wody Moc ch³odnicy C C kw Wlot ch³odnicy œcianowej nr 4 10,8 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 4 14,5 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 3 15,0 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 3 18,2 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 2 18,5 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 2 21,1 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 1 21,8 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 1 23,7 3,7 39,1 3,2 33,7 2,6 27,7 1,9 19,7 TABELA 8 Wyniki obliczeñ parametrów wody ch³odz¹cej w instalacji ch³odniczej wykorzystuj¹cej ma³ogabarytowe wodne ch³odnice œcianowe w œcianie 3J/502J (wariant B) Usytuowanie punktu pomiarowego Temperatura wody Przyrost temperatury wody Moc ch³odnicy C C kw Wlot ch³odnicy œcianowej nr 4 11,0 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 4 16,6 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 3 16,8 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 3 21,0 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 2 11,4 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 2 17,9 Wlot ch³odnicy œcianowej nr 1 18,0 Wylot ch³odnicy œcianowej nr 1 22,0 5,6 35,4 4,2 26,4 6,5 40,7 4,0 25,4 35
TABELA 9 Porównanie wyników pomiarów i obliczeñ parametrów ch³odnic SCP-40 zainstalowanych w œcianie 3J/502J wariant A wariant B Porównywana wielkoœæ numer ch³odnicy œcianowej numer ch³odnicy œcianowej 1 2 3 4 1 2 3 4 Temperatura sch³odzonego (na wylocie ch³odnicy) t3 [C] wartoœæ pomierzona t3p 26,8 26,0 24,0 21,0 25,8 23,2 24,8 22,2 wartoœæ obliczona t3o 27,2 25,7 23,8 21,4 26,2 23,6 25,0 22,3 odchy³ka t3 = t3o t3p 0,4 0,3 0,2 0,4 0,4 0,4 0,2 0,1 odchy³ka wzglêdna t 100 t 3 % 1,5% 1,2% 0,8% 1,9% 1,6% 1,7% 0,8% 0,5% 3 t 3 p wartoœæ pomierzona tw1p 23,4 21,4 18,3 14,6 21,8 18,0 21,2 16,7 Temperatura ogrzanej wody (na wylocie ch³odnicy) tw1 [C] wartoœæ obliczona tw1o 23,7 21,1 18,2 14,5 22,0 17,9 21,0 16,6 odchy³ka tw1 = tw1o tw1p 0,3 0,3 0,1 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 odchy³ka wzglêdna t t w 1 100 % 1,3% 1,4% 0,5% 0,7% 0,9% 0,6% 0,9% 0,6% w 1 t w1 p wartoœæ pomierzona Ncp 16,8 30,4 34,6 39,8 23,9 41,5 27,7 35,8 Moc cieplna ch³odnicy Nc [kw] wartoœæ obliczona Nco 19,7 27,7 33,7 39,1 25,4 40,7 26,4 35,4 odchy³ka Nc = Nco Ncp 2,9 2,7 0,9 0,7 1,5 0,8 1,3 0,4 odchy³ka wzglêdna N c N N c 100% 17,3% 8,9% 2,6% 1,8% 6,3% 1,9% 4,7% 1,1% cp 36
W tabeli 9 przedstawiono porównanie wyników obliczeñ z wynikami pomiarów nastêpuj¹cych parametrów ch³odnic: temperatura sch³odzonego (t 3 ), temperatura ogrzanej wody (t w1 ), moc cieplna ch³odnicy (N c ). 4. Podsumowanie Przeprowadzone badania dwóch systemów ch³odzenia (wersja A i wersja B) z³o onych z czterech ma³ogabarytowych wodnych ch³odnic œcianowych pozwalaj¹ stwierdziæ, zarówno w jednym, jak i w drugim przypadku, ich pozytywne oddzia³ywanie na mikroklimat w wyrobisku. Sumaryczna pomierzona moc ch³odnic w wariancie A wynosi 121,6 kw, a moc obliczona 120,2 kw, natomiast w wariancie B odpowiednie wielkoœci s¹ równe 128,9 kw i 127,9 kw widaæ zatem bardzo du ¹ zgodnoœæ (odchy³ki rzêdu 1%) stwierdzonego eksperymentalnie efektu dzia³ania systemów ch³odzenia z wynikami obliczeñ. W rozbiciu na poszczególne ch³odnice zgodnoœæ ta jest mniejsza (maksymalna odchy³ka mocy obliczonej od mocy pomierzonej w wariancie A wynosi 17,3% dla ch³odnicy nr 1, a w wariancie B 6,3% równie dla ch³odnicy nr 1). Badanie obydwóch wariantów systemu ch³odzenia czterema ch³odnicami œcianowymi pozwoli³o stwierdziæ przewagê wariantu B, czyli szeregowo-równoleg³ego po- ³¹czenia ch³odnic od strony wody. Wiêksza sumaryczna moc ch³odnicza uk³adu w wariancie B uwidacznia siê w postaci nieco ni szej temperatury w wyrobisku za wylotem œciany 3J temperatura w wariancie A równa jest 29,8 C, a w wariancie B 29,2 C. W punkcie pomiarowym nr 12 (rys. 3 i 4), tj. 10 m za wylotem œciany 3J, w sytuacji bez ch³odzenia stwierdzono eksperymentalnie temperaturê równ¹ 32,0 C, wilgotnoœæ wzglêdn¹ równ¹ 95,7% i wilgotnoœæ w³aœciw¹ równ¹ 26,67 g/kg. A zatem z pomiarów wynika, e obni enie temperatury w punkcie 12 w porównaniu z sytuacj¹ bez ch³odzenia wynios³o w wariancie A 2,2 C (od 32,0 C do 29,8 C), podczas gdy w wariancie B 2,8 C (od 32,0 C do 29,2 C). Z danych zamieszczonych w tabelach 1 i 2 wynika te, e na skutek skroplenia siê pary wodnej w ch³odzonym powietrzu obni enie jego wilgotnoœci w³aœciwej w tym punkcie w wariancie A wynios³o 4,74 g/kg (od 26,67 g/kg do 21,93 g/kg), a w wariancie B 4,50 g/kg (od 26,67 g/kg do 22,17 g/kg), natomiast dla wilgotnoœci wzglêdnej analogiczne dane s¹ równe: dla wariantu A 5,9% (od 95,7% do 89,8%), zaœ dla wariantu B 1,7% (od 95,7% do 94,0%). LITERATURA [1] Filek K., Holesz K., Nowak B., Roszkowski J.: Ch³odzenie górnicz¹ ch³odnic¹ przeponow¹ z kondensacj¹ pary wodnej. Archives of Mining Sciences, vol. 44, z. 1, 1999 [2] Filek K., Nowak B.: Wymiana ciep³a i masy w górniczych przeponowych ch³odnicach o dzia³aniu poœrednim. Kraków, Biblioteka Szko³y Eksploatacji Podziemnej 1999 37
38 [3] Filek K., Holesz K., Nowak B., Roszkowski J.: Eksperymentalne badania górniczej ch³odnicy przeponowej przy ch³odzeniu z kondensacj¹ pary wodnej. Kwartalnik AGH Górnictwo, z. 4, 1998 [4] Filek K., uska P., Nowak B., Roszkowski J.: Badania ma³ogabarytowej wodnej ch³odnicy œcianowej. Archives of Mining Sciences PAN, vol. 49, issue 4, 2004 [5] Holesz K.: Temperatura i wilgotnoœæ w górniczych ch³odnicach przeponowych w stanach nieustalonych. Kraków, 1997 (praca doktorska)