Politechnika Wrocławska Wrocław, 12.02.1999r.

Wydział Górniczy

PROJEKT

Z KLIMATYZACJI KOPALŃ

• Prognozowanie temperatury powietrza w wyrobiskach

górniczych metodami:

J. Wacławika - w szybie wdechowym,

J. Vossa - w wyrobiskach korytarzowych i

wyrobisku ścianowym.

• Obliczenie zdolności chłodniczej MK i propozycja

rozwiązania klimatyzacji dla projektowanych wyrobisk.

3. Ocena warunków klimatycznych.

PAWEŁ NOWACKI

Rok akademicki 1998/99

ROK V E O P

1. Prognozowanie temperatury suchej powietrza na podszybiu.

Do obliczeń zastosowano metodę J. Wacławika.

Zgodnie z tą metodą temperatura sucha powietrza na podszybiu szybu wdechowego jest równa:

gdzie:

• T_os -średnioroczna temperatura powietrza atmosferycznego: T_os = 7,8 °C,

• 
  - gradient geotermiczny, °C/m., przy czym:

- stopień geotermiczny:
=29 m/°C,

• s - współrzędna bieżąca: s=950 m,

• 
  -współczynnik przewodzenia ciepła (dla piasków drobnoziarnistych):
  = 4 W/(mK),

• c_p - ciepło właściwe powietrza przy stałym ciśnieniu, c_p = c_pa = 1005 J/(kg K),

• g - przyspieszenie ziemskie, g = 9,80665 m/s²,

• Ki - liczba Kirpiczewa charakteryzująca ochłodzenie się górotworu wyznaczana z nomogramów lub wzorów empirycznych jako funkcja liczb Fouriera i Biota, Ki=f (F_o, Bi),

jeżeli:

jeżeli:

gdzie:

• F_o - liczba Fouriera dana wzorem:

=

gdzie:

- czas przewietrzania wyrobiska,
=365dni
,

- współczynnik wyrównywania temperatury, m²/s, równy:

=
m²/s

gdzie dla piaskowca drobnoziarnistego:

c_s - pojemność cieplna: c_s=961 J/(kg K),

- gęstość pozorna:
=2200 kg/m³,

-współczynnik przewodzenia:
= 3,4 W/(mK),

• Bi - liczba Biota:

gdzie:

- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m²K),

=

- prędkość powietrza w szybie wdechowym:
=10 m/s,

- średnica szybu wdechowego:
=6m,

- promień szybu wdechowego:
=3 m,

-współczynnik przewodzenia skał:
= 3,4W/(mK),

Wiedząc, że
do obliczenia liczby Kirpiczewa Ki korzystam ze wzorów:

=

=

• 
  - bezwymiarowy strumień cieplny, wyznaczany z wzoru:

=

• 
  - strumień objętości powietrza:
  =
  m³/s,

• 
  - gęstość powietrza, kg/m³, liczona ze wzoru:

=
kg/m³ gdzie:

- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza w miejscu pomiaru prędkości, Pa,

które można wyznaczyć z przybliżonego wzoru:

=
Pa,

p_o - ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego, Tr,

H - głębokość szybu liczona od powierzchni ziemi:H=1050 m,

R_a- indywidualna stała gazowa powietrza suchego: R_a=287,04 J/(kg K),

T_V - temperatura wirtualna powietrza, K,

=
,

T_s - temperatura sucha powietrza w miejscu pomiaru prędkości, K,

T_s = 273,15 + T_s(s)

T_s(s) - temperatura powietrza w przekroju wylotu szybu wdechowgo,°C,

x - stopień zawilżenia powietrza, kg/kg,

=

wilgotność względna:

ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza :

ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, Pa,

Pa

przyjęta temperatura na podszybiu:
=17,432

Mając wszystkie potrzebne dane mogę policzyć temperaturę suchą powietrza na podszybiu
:

2. Prognozowanie temperatury wilgotnej powietrza na podszybiu.

Wyznacza się ją z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:

(1)

przy czym:

=0,8
(2)

=1957,7417 Pa

gdzie:

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej, Pa,

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia

w temperaturze
w Pa ,

- wilgotność względna powietrza:
=80 %,

Tak dobieram temperaturę wilgotną powietrza na podszybiu
aby ciśnienie cząstkowe pary wodnej
obliczone dwoma wzorami (1),(2) było sobie równe.

Dla
=15,192
jest spełniony postawiony warunek.

• Prognozowanie temperatury suchej powietrza w wyrobiskach górniczych.

Do obliczeń zastosowano metodę J. Vossa.

Jako dane wyjściowe na dopływie przyjmuję parametry powietrza na wypływie wyrobiska poprzedniego. Poniższe obliczenia dotyczą przekopu przewozowego, natomiast dla pozostałych wyrobisk wyniki obliczeń zestawione są w tabeli 2.

Zgodnie z metodą J. Vossa temperaturę suchą powietrza w wyrobiskach górniczych wyznacza się ze wzoru:

przy czym :

gdzie:

a) Ki - liczba Kirpiczewa charakteryzująca ochłodzenie się górotworu wyznaczana z

nomogramów lub wzorów empirycznych jako funkcja liczb Fouriera i Biota, Ki=f(F_o, Bi),

jeżeli:

jeżeli:

gdzie:

• F_o - liczba Fouriera dana wzorem:

=

gdzie:

- czas przewietrzania wyrobiska,
=157680000s

- współczynnik wyrównywania temperatury, m²/s, równy:

=
m²/s

gdzie dla piaskowca gruboziarnistego:

c_s - pojemność cieplna: c_s=696 J/(kg K),

- gęstość pozorna:
=2400 kg/m³,

-ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła:

= 5,8W/(mK),

• Bi - liczba Biota:

gdzie:

- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m²K),

- prędkość powietrza w przekopie polowym:
=4,5 m/s,

- promień zastępczy wyrobiska:
=1,862m,

Wiedząc, że
do obliczenia liczby Kirpiczewa Ki korzystam ze wzorów:

=

=

2. 
   - średnia temperatura pierwotna skał otaczających wyrobisko, °C, przy czym:

=

- odpowiednio temperatura pierwotna skał w przekroju dopływu i wypływu,

°C, liczona ze wzoru:

t₀ - temperatura skał na głębokości
,°C,

- stopień geotermiczny:
=29 m/°C,

3. r_o - promień równoważny wyrobiska [m]:

r_o =
=
,

A - pole przekroju: A=14 m²,

B - obwód wyrobiska: B=15,565 m.,

4. L - długość wyrobiska: L=2250 m.,

5. c_pa- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, c_pa = 1005 J/(kgK),

6. 
   - strumień masy powietrza suchego, kg/s,

- prędkość średnia powietrza w przekroju, dla którego wyznacza się

strumień masy powietrza:
=4,5 m/s,

- pole przekroju:

gęstość powietrza
,

=

p- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza Pa,

- gęstość pow. dla warunków normalnych

- dla wyrobiska w ob. ŁP przekroju 14m

- odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju

dopływu i wypływu wyrobiska, dla którego wykonuje się

prognozę temperatury powietrza:
,

R_a- indywidualna stała gazowa powietrza suchego:

R_a=287,04 J/(kg K),

T_V - temperatura wirtualna powietrza, K,

=
,

T_s - temperatura sucha powietrza w miejscu pomiaru prędkości, K,

T_s = 273,15 + T_s(s)

T_s(s) - temperatura powietrza w przekroju wlotu do wyrobiska,°C,

x - stopień zawilżenia powietrza, kg/kg,

ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza :

Pa ,

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej na dopływie do

wyrobiska ,

7. 
   - zagęszczenie strumienia od dodatkowych źródeł ciepła, W/m, przy czym:

=

N_z =190 kW - moc dodatkowych źródeł ciepła,

- współczynnik określający jaka część energii z dodatkowych źródeł

wpływa na podwyższenie temperatury mierzonej termometrem suchym,

L =2250 m - długość wyrobiska,

Mając wszystkie potrzebne dane mogę policzyć temperaturę suchą powietrza w wyrobisku górniczym (przekop przewozowy)
:

wtedy:

4. Prognozowanie temperatury powietrza mierzonej termometrem wilgotnym w wyrobisku górniczym.

Prognozowanie temperatury powietrza mierzonej termometrem wilgotnym w wyrobisku górniczym przeprowadzić możemy dopiero po prognostycznym wyznaczeniu temperatury mierzonej termometrem suchym. Dla określenia temperatury powietrza mierzonej termometrem wilgotnym na końcu wyrobiska wychodzi się z zależności:

do której wstawia się odpowiednio zależność na entalpię powietrza wilgotnego:

gdzie:

- entalpia powietrza wilgotnego, J/(1+x)kg,

- entalpia powietrza suchego, J/kg,

- entalpia pary wodnej, J/kg,

Otrzymuje się:

na końcu prognozowanego wyrobiska. Z zależności na
wyprowadzam wzór na stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska :

gdzie:

x_w - stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska, kg/kg,

x_d - stopień zawilżenia powietrza na dopływie wyrobiska: x_d = 0,0088 kg/kg,

c_pw - pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu: c_pw=1927 J/(kg K).

c_pa- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, c_pa = 1005 J/(kgK),

- ciepło parowania wody w temperaturze 0 °C;
= 2500000 J/kg,

- temperatura powietrza suchego na wlocie do wyrobiska:
= 18,27

- temperatura powietrza suchego na wylocie z wyrobiska:
= 21,45

- współczynnik ciepła konwekcyjnego, wyrażający stosunek suchego do

całkowitego przejmowania strumienia ciepła przez powietrze w wyrobisku

między przekrojami:
= 0,35,

Korzystając ze wzoru:

obliczam cisnienie cząstkowe pary wodnej

(1)

gdzie:

ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza na końcu wyrobiska, które wyznacza się z przybliżonego wzoru:

gdzie:

- gęstosć pow. dla warunków normalnych,

- dla wyrobiska w ob. ŁP przekroju 14m

- odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju

dopływu i wypływu wyrobiska, dla którego wykonuje się

prognozę temperatury powietrza

Temperaturę wilgotną na wylocie z wyrobiska wyznacza się z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:

(2)

Mając policzoną wartość ciśnienia cząstkowego pary wodnej
wzorem (1), tak dobieram temperaturę wilgotną powietrza na wylocie z wyrobiska
aby ciśnienie cząstkowe pary wodnej
obliczone dwoma wzorami (1),(2) było sobie równe.

Dla
=18,68
jest spełniony postawiony warunek.

Tab.1 PRZYJĘTE PARAMETRY - Dla kopalni Bogdanka.

	Przekop przewozowy	Przekop polowy	Chodnik odstawczy	Ściana
Rodzaj skał	Piaskowiec drobnoziarnisty	Piaskowiec gruboziarnisty	Łupek ilasty	Węgiel
Ciepło własciwe skał, cs J/(kg K)	696	705	850	439
Gęstosć pozorna skał, ρs kg/m^3	2400	2500	2550	1300
Współczynnik ciepła konwekcyjnego, εs	0,35	0,35	0,35	0,25
Ekwiwalentny wsp. przew. ciepła, λe W/(m K)	5,8	5,8	8,1	7
Liczba oporu wyrobiska, λf	0,052610	0,050979	0,05041	0,05041

Tab.2 ZESTAWIENIE WYNIKÓW OBLICZEŃ DLA WYROBISK KORYTARZOWYCH

	Przekop przewoz.	Przekop polowy	Chodnik odstawcz.	Ściana
Temperatura sucha na dopływie, tsd,°C	18,27	21,45	26,78	33,82
Temperatura wilgotna na dopływie, twd,°C	15,45	18,68	23,36	28,42
tx	40,62	40,24	44,64	74,78
Średnia temperatura pierwotna, tpm,°C	39,15	38,5	37,85	37,35
Liczba Fouriera, Fo	133,627	112,246	95,601	20,919
Liczba Biota, Bi	13,725	7,248	2,580	4,181
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., ae, m^2/s	3,43E-06	3,29E-06	3,74E-06	1,23E-06
Liczba Kirpiczewa, Ki	0,326	0,330	0,327	0,428
Bezwymiarowy strumień cieplny, q^*	2,04	2,07	1,99	2,68
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, , W/(m^2K)	15,489	9,678	5,380	5,381
Promień równoważny wyrobiska, ro, m.	1,7988	1,5203	1,3598	1,3598
Stopień zawilżenia na dopływie do wyrobiska , xd (kg/kg)	0,0088	0,0111	0,0150	0,0200
Temperatura wirtualna, TV, K	292,96	296,55	302,62	310,65
Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, pd, Pa	111190,0	111307,7	111660,7	111778,3
Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, pw, Pa	111307,7	111660,7	111778,3	112013,6
Gęstość powietrza, , kg/m^3	1,324	1,312	1,287	1,256
Strumień masy powietrza suchego,	83,391	32,794	12,353	12,060
Moc dodatkowych źródeł ciepła, Nz, kW	190	230	250	360
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, Czs	0,24	0,21	0,29	0,28
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła, , W/m.	12,16	15,25	54,38	252,00
Stopień zawilżenia na wypływie z wyrobiska, xw kg/kg	0,0111	0,0150	0,020	0,0257
Cisnienie cząstkowe pary wodnej Pp. Pa	1953,63	2624,23	3484,06	4445,47
Temperatura sucha na wypływie, tsw, ^oC	21,45	26,78	33,82	38,75
Temperatura wilgotna na wypływie, tww, ^oC	18,68	23,36	28,42	32,52

5. Obliczenie zdolności chłodniczej MK i propozycja rozwiązania klimatyzacji dla projektowanych wyrobisk.

Ponieważ temperatura powietrza w chodniku odstawczym i ścianie przekracza 28°C należy zastosować chłodzenie powietrza za pomocą maszyny klimatyzacyjnej. Zaproponowano maszynę klimatyzacyjną o działaniu pośrednim, która będzie równocześnie chłodziła powietrze w obu wyrobiskach.

• Wyznaczenie temperatury powietrza suchego na wlocie do chodnika

odstawczego po zastosowaniu jego chłodzenia.

Temperaturę na wlocie do wyrobiska określamy przy założeniu, że temperatura sucha powietrza w całym wyrobisku nie powinna przekraczać 28°C. Zależność na temperaturę suchą powietrza na dopływie przedstawia wzór:

gdzie:

a) Ki - liczba Kirpiczewa charakteryzująca ochłodzenie się górotworu wyznaczana z

nomogramów lub wzorów empirycznych jako funkcja liczb Fouriera i Biota, Ki=f(F_o, Bi),

Ki = 0,327

b) t_x= 44,64

3. 
   - współczynnik ciepła konwekcyjnego, wyrażający stosunek suchego do całkowitego

przejmowania strumienia ciepła przez powietrze w wyrobisku między przekrojami:

= 0,35,

d)
ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła, λ_e = 8,1 W/(m K)

• r_o - promień równoważny wyrobiska [m]:

r_o =
=
,

A - pole przekroju: A=8 m²,

B - obwód wyrobiska: B=11,766 m.,

• L - długość wyrobiska: L=800 m.,

• c_pa- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, c_pa = 1005 J/(kgK),

• 
  - strumień masy powietrza suchego, kg/s,

- prędkość średnia powietrza w przekroju, dla którego wyznacza się

strumień masy powietrza:
=1,2 m/s,

- pole przekroju:

gęstość powietrza
,

=

p- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza Pa,

gdzie:

- ciśnienie statyczne bezwzględne na dopływie do

wyrobiska

- gęstość pow. dla warunków normalnych

- dla wyrobiska w ob. ŁP przekroju 8m

- odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju

dopływu i wypływu wyrobiska, dla którego wykonuje się

prognozę temperatury powietrza:

,

B - obwód wyrobiska: B=11,766 m,

L - długość wyrobiska: L=800 m ,

A - pole przekroju: A=8 m²,

- prędkość średnia powietrza w przekroju:

=1,2 m/s,

R_a- indywidualna stała gazowa powietrza suchego:

R_a=287,04 J/(kg K),

T_V - temperatura wirtualna powietrza, K,

=
,

T_s - temperatura sucha powietrza w miejscu pomiaru prędkości, K,

T_s = 273,15 + t_sw =273,15 + 26,78= 299,93 °C,

t_sw - temperatura powietrza w przekroju wlotu do wyrobiska,°C,

Wyznaczona temperatura powietrza t_sd będzie temperaturą jaką otrzymamy po wymieszaniu strumieni powietrza przepływających przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobiskiem (obok maszyny klimatyzacyjnej). Tak więc, aby otrzymać na wylocie z chodnika odstawczego temperaturę suchą t_sw równą 28°C, temperatura sucha powietrza po wymieszaniu strumieni t_sm powinna wynosić 17,18°C.

5.2. Wyznaczenie parametrów powietrza na wypływie z maszyny klimatyzacyjnej.

Zakłada się, że powietrze wypływające z maszyny klimatyzacyjnej będzie miało wilgotność względną ϕ = 100 %. Wobec tego t_sMK = t_wMK. Chcąc wyznaczyć żądane parametry powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej przyjmuje się wstępnie temperaturę powietrza na wypływie z maszyny równą t_sMK. Obliczenia prowadzi się iteracyjnie. Oblicza się kolejno:

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej p_pd, Pa,

- temperatura sucha na wlocie do wyrobiska:
= 26,78

- temperatura wilgotna na wlocie do wyrobiska:
= 28,42

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia p_pnd, Pa,

- temperatura sucha na wlocie do wyrobiska:
= 26,78

• stopień zawilżenia powietrza x_d, kg/kg,

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej:
=2623,97 Pa,

- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza:
=111778,31 Pa,

• entalpię 1+x kg powietrza wilgotnego h_d, kJ/kg,

- temperatura sucha na wlocie do wyrobiska:
= 26,78

- stopień zawilżenia powietrza:
=0,0150 kg/kg,

• gęstość powietrza wilgotnego
  , kg/m³,

- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza:
=111778,31 Pa,

- temperatura sucha na wlocie do wyrobiska:
= 26,78

- stopień zawilżenia powietrza:
=0,0150 kg/kg,

• strumień masy powietrza wilgotnego
  , kg/s,

kg/s,

- strumień powietrza płynący przez MK:
=7,75 m³/s,

- gęstość powietrza wilgotnego:
= 1,287 kg/m³,

• strumień masy powietrza suchego
  , kg/s,

kg/s,

- strumień masy powietrza wilgotnego:
= 9,972 kg/s,

- stopień zawilżenia powietrza:
=0,0150 kg/kg,

• ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia w temperaturze t_sw dla powietrza wylotowego z maszyny klimatyzacyjnej p_pnw, Pa,

- temp. sucha na wypływie z MK wyznaczona tak, aby temperatura sucha powie-

trza na wlocie do wyrobiska była równa temperaturze suchej powietrza otrzyma-

nej po wymieszaniu strumieni (
):
=14,53
,

• stopień zawilżenia powietrza x_nw na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu nasycenia powietrza w temperaturze t_sw, kg/kg,

- ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia w temperaturze
dla powietrza

wylotowego z maszyny klimatyzacyjnej:
=1653,61 Pa,

- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza:
=111778,31 Pa,

• entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej h_nw, kJ/kg

- temp. sucha na wypływie z MK wyznaczona tak, aby temperatura sucha powie-

trza na wlocie do wyrobiska była równa temperaturze suchej powietrza otrzyma-

nej po wymieszaniu strumieni (
):
=14,53
,

-stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu

nasycenia powietrza w temperaturze
:
= 0,0093 kg/kg,

- stopień zawilżenia powietrza:
=0,0150 kg/kg,

Następnie wyznaczam temperaturę powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza płynących przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobisko (obok MK).

• strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK) m₁, kg/s,

- całkowity strumień powietrza:
=9,6 m³/s,

- strumień powietrza płynący przez MK:
=7,75 m³/s,

- gęstość powietrza wilgotnego:
= 1,287 kg/m³,

• strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną m_MK, kg/s,

kg/s,

- strumień powietrza płynący przez MK:
=7,75 m³/s,

- gęstość powietrza wilgotnego:
= 1,287 kg/m³,

• stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza
  , kg/kg,

kg/kg,

x₁(
)-stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu

nasycenia powietrza w temperaturze
:
= 0,0093 kg/kg,

x_MK(
)- stopień zawilżenia powietrza:
=0,0150 kg/kg,

m₁ - strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK): m₁= 2,381 kg/s,

m_MK - strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną :

m_MK = 9,972 kg/s,

• entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza
  , kJ/kg,

kJ/kg,

h₁ (h_d)- entalpia powietrza wilgotnego h₁ = 65,07 kJ/kg,

h_MK (h_nw)- entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z maszyny klimatyza-

cyjnej h_MK = 38,56 kJ/kg,

m₁ - strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK): m₁= 2,381 kg/s,

m_MK - strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną :

m_MK = 9,972 kg/s,

Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza:

- entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza:
=43,66 kJ/kg,

- stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza:

=0,0104 kg/kg,

Temperatura wilgotna wymieszanego strumienia powietrza:

Korzystając ze wzoru:

obliczam ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym :

(1)

gdzie:

- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza:
=111778,31 Pa,

- stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza:

=0,0104 kg/kg,

Temperaturę wilgotną powietrza po zmieszaniu strumieni wyznacza się z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym w postaci:

(2)

Mając policzoną wartość ciśnienia cząstkowego pary wodnej
wzorem (1), tak dobieram temperaturę wilgotną powietrza po zmieszaniu strumieni
aby ciśnienie cząstkowe pary wodnej
obliczone dwoma wzorami (1),(2) było sobie równe.

Dla
=16,58
jest spełniony postawiony warunek.

• Wyznaczenie temperatury powietrza wilgotnego na wylocie z chodnika

odstawczego po zastosowaniu jego chłodzenia.

Wiedząc, że temperatura sucha powietrza na wypływie z chodnika odstawczego po zastosowaniu jego chłodzenia jest równa 28
mogę przystąpić do prognostycznego wyznaczenia temperatury powietrza wilgotnego na wylocie z tego wyrobiska.

Z zależności na
:

wyprowadzam wzór na stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska

gdzie:

x_m - stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni: x_m = 0,0104 kg/kg,

c_pw - pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu: c_pw=1927 J/(kg K).

c_pa- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, c_pa = 1005 J/(kgK),

- ciepło parowania wody w temperaturze 0 °C;
= 2500000 J/kg,

- temperatura powietrza suchego po zmieszaniu strumieni:
= 17,18

- temperatura powietrza suchego na wylocie z wyrobiska:
= 28,00

- współczynnik ciepła konwekcyjnego, wyrażający stosunek suchego do

całkowitego przejmowania strumienia ciepła przez powietrze w wyrobisku

między przekrojami:
= 0,35,

Korzystając ze wzoru:

obliczam cisnienie cząstkowe pary wodnej

(1)

gdzie:

ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza na końcu wyrobiska, które wyznacza się z przybliżonego wzoru:

gdzie:

- ciśnienie statyczne bezwzględne na dopływie do

wyrobiska:

- gęstość pow. dla warunków normalnych

- dla wyrobiska w ob. ŁP przekroju 8m

- odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju

dopływu i wypływu wyrobiska, dla którego wykonuje się

prognozę temperatury powietrza:

,

B - obwód wyrobiska: B=11,766 m,

L - długość wyrobiska: L=800 m ,

A - pole przekroju: A=8 m²,

- prędkość średnia powietrza w przekroju:

=1,2 m/s,

Temperaturę wilgotną na wylocie z wyrobiska wyznaczam z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:

(2)

Mając policzoną wartość ciśnienia cząstkowego pary wodnej
wzorem (1), tak dobieram temperaturę wilgotną powietrza na wylocie z wyrobiska
aby ciśnienie cząstkowe pary wodnej
obliczone dwoma wzorami (1),(2) było sobie równe.

Dla
=25,89
jest spełniony postawiony warunek.

5.4. Obliczenie zdolności chłodniczej maszyny klimatyzacyjnej.

Zdolnością chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej jest ilość ciepła, jaką maszyna odbiera od powietrza w parowniku w jednostce czasu. Dla wyznaczenia zdolności chłodniczej MK wyznacza się różnicę entalpii powietrza przepływającego przez maszynę(między wlotem a wylotem z MK)
(kJ/kg):

(kJ/kg):

Zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej wyznacza się ze wzoru:

gdzie:

- strumień masy powietrza suchego, kg/s,

kg/s,

- strumień masy powietrza wilgotnego:
= 9,972 kg/s,

- stopień zawilżenia powietrza:
=0,0150 kg/kg,

Tab.3 ZESTAWIENIE WYNIKÓW OBLICZEŃ.

	Chodnik odstawczy	Ściana
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej ppd, Pa	2623,97	3185,20
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia ppnd, Pa	3518,31	3337,57
Stopień zawilżenia powietrza xd, kg/kg	0,0150	0,0182
Entalpia 1+x kg powietrza wilgotnego hd, kJ/kg	65,07	74,63
Gęstość powietrza wilgotnego , kg/m^3	1,287	1,282
Strumień masy powietrza wilgotnego , kg/s	9,972	9,934
Strumień masy powietrza suchego , kg/s	9,825	9,756
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, ppnw, Pa	1 653,61	2 292,66
Stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej, xnw, kg/kg	0,0093	0,0130
Entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z MK, hnw, kJ/kg	38,56	53,20
Strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem obok MK, , kg/s	2,381	2,371
Strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną, , kg/s	9,972	9,934
Stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni , kg/kg	0,0104	0,0140
Entalpia powietrza po zmieszaniu strumieni , kJ/kg	43,66	57,33
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym ppw, Pa	1 841,95	2 465,80
Różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK, , kJ/kg	26,51	21,43
Zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej Q, kW	260,505	209,083
Temperatura sucha = wilgotnej na wylocie z MK, tswMK=twwMK,°C	14,53	19,69
Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza, tsm,°C	17,18	21,64
Temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni, twm, ^oC	16,58	21,12
Temperatura sucha na wypływie, tsw,°C	28,00	28,00
Stopień zawilżenia powietrza w wyrobisku xw, kg/kg	0,0182	0,0215
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej pp ,Pa	3185,52	3739,38
Temperatura wilgotna na wypływie, tww,°C	25,89	27,87

6. Analiza warunków klimatycznych.

Dla chodnika odstawczego i ściany sprawdzono warunki klimatyczne przed i po zastosowaniu klimatyzowania powietrza. Dla określenia czy w tych wyrobiskach panują odpowiednie warunki klimatyczne zbadano zgodność wyznaczonych dla tych wyrobisk parametrów z obowiązującymi w Polsce i na świecie normami. Określono warunki klimatyczne wg norm:

• polskiej,

• francuskiej,

• „Cuprum”,

• belgijskiej,

• australijskiej,

• bułgarskiej,

• amerykańskiej,

• niemieckiej.

a) Amerykańska temperatura efektywna ATE

Amerykańska temp. efekt. ATE wg Yaglou jest najczęściej stosowanym wskaźnikiem określającym mikroklimat w miejscu pracy. Odczytuje się ją z wykresu na podstawie pomierzonych parametrów:

- temperatury powietrza termometrem suchym I wilgotnym,

- prędkości przepływu powietrza.

Wykres ATE został sporządzony na podstawie badań eksperymentalnych. Według definicji ATE jest to taka temp. nieruchomego i nasyconego powietrza, które posiada taką samą zdolność chłodzącą jak powietrze o danych pomierzonych parametrach.

ATE wykorzystywana jest do określania norm klimatycznych, między innymi w górnictwie amerykańskim i niemieckim.

W górnictwie amerykańskim:

- gdy ATE ≤ 28^oC - jest dopuszczony 8h czas pracy,

- gdy 28°C < ATE ≤ 32^oC - czas pracy powinien być skrócony do 6h oraz zmniejszona jej intensywność,

- gdy ATE > 32^oC - praca jest zabroniona.

b) W górnictwie niemieckim:

- dopuszczalna granica pracy górników to ATE < 30^oC (w wyjątkowych wypadkach 32^oC),

- praca w ciągu 8h jest dopuszczalna gdy: ATE < 25^oC lub t_s < 28^oC,

- skrócone czasy pracy obowiązują gdy: t_s > 28^oC lub 30^oC (32^oC) > ATE > 25^oC.

c) Belgijska temperatura efektywna BTE

[°C]

d) Francuska temperatura zastępcza (temperatura rezultatu t_r)

[°C]

gdzie: w - prędkość przepływu powietrza [m/s].

Według przepisów francuskich praca nie powinna być prowadzona gdy t_r > 28^oC

e) Temperatura komfortu cieplnego wg „Cuprum”

Temperatura zastępcza komfortu cieplnego wg „Cuprum” jest modyfikacją francuskiej temp. zastępczej. Określona jest wzorem:

[°C]

Dopuszczalne graniczne wartości
wynoszą:

dla pracy bardzo ciężkiej	tzk ≤ 25°C
dla pracy ciężkiej	tzk ≤ 26°C
dla pracy umiarkowanej	tzk ≤ 28°C
dla pracy lekkiej	tzk ≤ 30°C
praca zabroniona	tzk ≤ 32°C

• Sprawdzenie norm klimatycznych.

Normy	Chodnik odstawczy		Ściana
	Przed klimatyzacją	Po zastosowaniu klimatyzacji	Przed klimatyzacją	Po zastosowaniu klimatyzacji
polska	praca zabroniona	praca 8 h	praca zabroniona	praca 8 h
francuska	praca niemożliwa tr=28,14>28,00	praca możliwa tr=25,25<28,00	praca niemożliwa tr=32,35>28,00	praca możliwa tr=26,62<28,00
cuprum	praca lekka tzk=28,6	praca ciężka tzk=25,8	Praca zabroniona tzk=33,1	praca umiarkowana tzk=26,7
belgijska	Praca możliwa BTE=28,35<31^0C	Praca możliwa BTE=25,89<31^0C	Praca zabroniona BTE=32,45>31^0C	Praca możliwa BTE=27,74<31^0C
australijska
bułgarska
amerykańska	praca zabroniona	praca 8 h	praca zabroniona	praca 8 h
niemiecka	praca zabroniona	praca 8 h	praca zabroniona	praca 8 h

Rys. 1. Schemat wyrobisk kopalni Bogdanka dla których prowadzono

prognozę temperatury powietrza.

Rys.2 Szkic rozmieszczenia urządzeń klimatyzacyjnych w wyrobiskach.

• Chłodnica wody chłodzącej - skraplacz.

• Tama z przejściem dla ludzi i oknem regulacyjnym.

• Maszyna klimatyzacyjna.

• Chłodnica powietrza (chłodziarka) 260,505 kW.

• Chłodnica powietrza (chłodziarka) 209,083 kW.

1

17

---