Całoroczna analiza pracy urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych
Transkrypt
Całoroczna analiza pracy urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych
dr inż. Agnieszka Zając, mgr inż. Maria Kostka, dr inż. Wojciech Cepiński * Całoroczna analiza pracy urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych * Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska W artykule przedstawiono prosty sposób wykonywania analizy całorocznej pracy systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych przy wykorzystaniu wykresów t-tz i i-tz. Sporządzono wykres występowania (trwania) temperatury powietrza zewnętrznego na obszarze miasta Wrocławia dla różnych wariantów godzinowych pracy instalacji powietrznej. WPROWADZENIE W praktyce inżynierskiej zaprojektowanie urządzenia wentylacyjnego bądź klimatyzacyjnego sprowadza się do wyznaczenia maksymalnych i minimalnych bilansów energetycznych celem określenia wielkości elementów służących do uzdatniania powietrza doprowadzanego do pomieszczenia. Przemiany jakim podlega powietrze uzdatniane w centrali i w pomieszczeniu, przy obliczeniowych temperaturach zewnętrznych, pokazywane są zazwyczaj na wykresach i-x Molliera. Wraz ze zmianą warunków atmosferycznych oraz bilansów ciepła w pomieszczeniu obraz poszczególnych przemian ulega zmianie. Przeprowadzenie analizy działania urządzenia w trybie pracy całorocznej na wykresie i-x dla powietrza wilgotnego wymagałoby ogromnego nakładu pracy i sporządzenia wielu wykresów, stąd nie jest to praktykowane. Skutecznym sposobem przedstawienia całorocznego cyklu pracy urządzenia jest wykorzystanie, w przypadku instalacji wentylacyjnej, wykresu t-tz, a dla klimatyzacyjnej, wykresu i-tz. Rys. 1. Wykres t-tz dla przykładowego urządzenia wentylacyjnego Fig. 1. t-tz graph for a sample ventilation device Rys. 2. Wykres i-tz dla przykładowego urządzenia klimatyzacyjnego Fig. 2. i-tz graph for a sample air-conditioning device WYKRES WYSTĘPOWANIA (TRWANIA) TEMPERATURY POWIETRZA ZEWNĘTRZNEGO Poprawne wykonanie obliczeń energetycznych wymaga wprowadzenia do powyższej metody obliczeniowej danych klimatycznych typowego roku meteorologicznego rozpatrywanego miasta. Na rys. 3 przedstawiono wykres występowania (trwania) temp. powietrza zewnętrznego na obszarze miasta Wrocławia dla urządzenia pracującego: całą dobę, w godzinach 700 ÷ 1700 np. bank, biurowiec, w godzinach 900 ÷ 2100 np. galeria handlowa, w godz. 600 ÷ 2200 np. hala produkcyjna z pracą na dwie zmiany. Czas występowania temperatury zewnętrznej jest charakterystyczny zarówno dla dobowego okresu eksploatacji urządzeń (praca jedno, dwu i trzyzmianowa, w wyznaczonych godzinach), jak i dla poszczególnych stref klimatycznych (dane meteorologiczne dostępne dla większości miast). PODSUMOWANIE Na wykresie t-tz (rys.1) w funkcji temperatury powietrza zewnętrznego tz przedstawiona jest temperatura powietrza w różnych jego fazach - optymalna temp. powietrza na wypływie z komory mieszania tm lub za wymiennikiem do odzysku ciepła, temp. powietrza po podgrzaniu go w nagrzewnicy lub ochłodzeniu w chłodnicy, temp. powietrza nawiewanego tn oraz temp. powietrza utrzymywana w pomieszczeniu tp. Natomiast na wykresie i-tz (rys.2) przedstawione są odpowiadające tym temperaturom entalpie właściwe. Linia iz przedstawia parametry krzywej klimatycznej dla miasta Wrocławia. Wykresy t-tz i i-tz są przydatnym narzędziem inżynierskim, gdyż: – dają możliwość prześledzenia pracy poszczególnych urządzeń tj. nagrzewnicy, chłodnicy, nawilżacza parowego, komory mieszania, wymienników do odzysku ciepła przy danych temp. zewnętrznych, – umożliwiają orientacyjne obliczenie kosztów uzdatniania powietrza w urządzeniach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych w cyklu całorocznym, – pozwalają w prosty sposób na porównanie różnych wariantów i sposobów eksploatacji instalacji i wskazanie układu bardziej efektywnego pod względem energetycznym, – ułatwiają zrozumienie zasady działania, kolejności załączania i zakresu pracy poszczególnych urządzeń, tj. informacji niezbędnych przy programowaniu układu automatycznej regulacji i sterowania. 425 317 12 356 348 6 250 150 25 15 6 9 0 2 1 3 10 3 5 20 32 25 50 44 44 50 53 55 100 69 79 116 125 147 200 156 134 112 95 180 183 219 250 276 300 337 268 288 350 369 379 347 400 301 316 330 277 317 450 Czas trwania temp. powietrza zewnętrznego τ [h] Na podstawie wykresów t-tz lub i-tz i wykresu występowania temperatury powietrza zewnętrznego, można dość dokładnie obliczyć całoroczne zapotrzebowanie energii grzewczej i chłodniczej do eksploatacji urządzenia wentylacyjnego. Aby to uczynić należy: – określić chwilowe moce cieplne potrzebne do ogrzania powietrza w jednostopniowych przedziałach wartości temp. pow. zewnętrznego, zgodnie z zależnością: Qi = V·ρ·cp·∆ti lub Qj = V·ρ·∆ij, kW, – na podstawie wykresu występowania temperatury powietrza zewnętrznego wyznaczyć czas τi·3600, s, w ciągu którego przeciętnie w roku utrzymują się temp. powietrza zewnętrznego zawarte w poszczególnych przedziałach, – obliczyć całoroczne zapotrzebowanie ciepła, sumując poszczególne iloczyny: V·ρ·cp·∆ti·τi lub V·ρ·∆ij·τj, kJ. Z reguły z procesem oziębiania występuje równocześnie proces osuszania powietrza i wówczas chwilowe moce cieplne chłodnicy muszą być obliczane z uwzględnieniem spadku entalpii właściwej powietrza ∆i. Przy wyznaczeniu całorocznego zapotrzebowania na energię chłodniczą z różnicy temperatury ∆t rozbieżności w wynikach mogą wynieść około 25 %. 436 414 390 WYKRESY t-tz ORAZ i-tz DLA PRZYKŁADOWEGO OBIEKTU 0 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 praca ciągła (8760 h/rok) praca w godzinach 9.00 - 21.00 (4380 h/d) 4 8 10 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 o tz [ C] praca w godzinach 7.00 - 17.00 (3650 h/d) praca w godzinach 6.00 - 22.00 (6570 h/d) Rys. 3. Wykres występowania (trwania) temperatury powietrza zewnętrznego dla Wrocławia Fig. 3. The duration of outside air temperatur for the city of Wroclaw chart Air & Heat – Water & Energy 2011