POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Wrocław dnia 08.06.2003r.
Wydział INŻYNIERII ŚRODOWISKA
Katedra Klimatyzacji i Ciepłownictwa
Ćwiczenie projektowe nr.2
z
„Wybranych zagadnień z wentylacji przemysłowej”:
Temat: Dobór urządzeń wentylacyjnych z odzyskiem ciepła.
Sprawdził : Wykonał :
dr inż. Wojcich Mazurkiewicz Mariusz Kamecki
SPIS TREŚCI
CZĘŚĆ TEORETYCZNA.
CZĘŚĆ OBLICZENIOWA.
Założenia
Bilans cieplny okresu letniego
Bilans cieplny okresu zimnego
DOBÓR URZĄDZEŃ[
3.1. Odzysk ciepła przez wymiennik krzyżowy.
3.2. Odzysk ciepła przez wymiennik obrotowy higroskopijny.
3.3. Odzysk ciepła przez wymiennik pośrednim glikolowym.
3.4. Odzysk ciepła przez wymiennik z „rurą ciepła”.
PORÓWNANIE POSZCZEGÓLNYCH CENTRALI WENTYLACYJNYCH
CZĘŚĆ TEORETYCZNA
Poprzez odzysk ciepła zawartego w usuwanym powietrzu można osiągnąć znaczne zmniejszenie zużycia energii.
Najprostszym sposobem wykorzystywania energii zawartej w strumieniu powietrza usuwanego z pomieszczenia jest stosowanie recykulacji, czyli zawracania powietrza usuwanego z pomieszczenia i ponowne nawiewanie go po uprzednim zmieszaniu z powietrzem zewnętrznym. Rozwiązanie takie można stosować w przypadku, gdy w pomieszczeniu wentylowanym nie wydzielają się szkodliwe dla zdrowia zanieczyszczenia, bakterie chorobotwórcze, substancje cuchnące, wybuchowe lub łatwo zapalne. Norma niemiecka VDI 2071 nie traktuje recyrkulacji jako odzyskanie ciepła. Wymienia ona następujące kategorie odzysku ciepła:
kategoria I: rekuperator lub przeponowy wymiennik ciepła,
kategoria II: wymiennik ciepła pracujący w systemie z czynnikiem pośrednim lub wymiennik ciepła z rurami cieplnymi,
kategoria III: rotacyjny wymiennik ciepła (sorbcyjny wymiennik ciepła z higroskopijną masą akumulacyjną lub kondensacyjny wymiennik ciepła bez higroskopijnej masy akumulacyjnej),
kategoria IV: pompa ciepła.
Rozwiązania wymiany ciepła można podzielić na dwie grupy, różniące się sposobem przekazywania ciepła, a więc wymienniki rekuperacyjne ( umożliwiają tylko wymianę ciepła jawnego), oraz wymienniki regeneracyjne (umożliwiają nie tylko odzyskanie ciepła jawnego, ale także utajonego, bez wykraplania wilgoci na powierzchni wymiennika).
Najprostszymi konstrukcjami z pierwszej grupy wymienników za wymienniki przeponowe z wymianą bezpośrednią.
Wymiennik krzyżowy zbudowany jest z cienkich płyt aluminiowych tworzących kanały nawiewne i wyciągowe. Strumień ciepłego powietrza wyciąganego z pomieszczenia przepływa przez drugi kanał wymiennika nagrzewając jego płyty. Strumień powietrza nawiewanego przepływa w kierunku krzyżowym przez pozostałą część kanałów odbierając ciepło od płyt wymiennika. W zależności od otaczającego środowiska wymiennik może być wykonany z innych materiałów. Odszranianie wymiennika odbywa się za pomocą przepustnicy obejścia, która kieruje zimne powietrze przez wymiennik. Wydajność wymiany ciepła regulowana jest za pomocą przepustnicy krzyżowego.
Zalety stosowania wymiennika krzyżowego:
minimalne mieszanie strumienia powietrza nawiewanego ze strumieniem powietrza wywiewanego,
nie ma doprowadzenia energii z zewnątrz,
brak części ruchomych,
wady stosowania wymiennika krzyżowego:
wysoki spadki ciśnienia
współczynnik sprawności wynoszący 50-60%,
ryzyko szronienia przy około -50C obniża sprawność roczną.
Wymiennik obrotowy z odzyskiem ciepła to regeneracyjny typ wymiennika. Zbudowany jest z ułożonych na przemian płaskich i falistych pasów blachy aluminiowej, tworzących kanały do przepływu powietrza. Strumień powietrza wyciąganego z pomieszczenia przepływa przez jedną połowę obudowy wymiennika nagrzewając wirnik. Wirnik wykonuje powolny obrót. Strumień powietrza nawiewanego przepływa przez drugą część obudowy w kierunku przeciwnym do strumienia powietrza wciąganego. Powietrze nawiewane odbiera ciepło od obracającego się nagrzanego wirnika. Wydajność wymiany ciepła jest regulowana liczbą obrotów rotora.
Wersje wykonania wirników:
niehigroskopijny: odzysk ciepła bez odzysku wilgoci,
higroskopijny: odzysk ciepła z odzyskiem wilgoci (jest to regenerator),
Zalety stosowania wymienników obrotowych:
współczynnik sprawności 70- 80 %
brak ryzyka zamarzania zapewnia wysoką sprawność roczną,
wysoki stopień odzyskiwania materiałów użytych do konstrukcji,
względnie niskie spadki ciśnienia.
Wady stosowania wymienników obrotowych:
ryzyko przecieków pomiędzy strumieniem powietrza nawiewanego i wywiewanego,
wymaga dostarczenia energii z zewnątrz niezbędnej dla pracy wymiennika,
ruchome części zwiększają awaryjność.
Zasada działania układu wymienników ciepła z obiegiem pośrednim jest następująca: dwa wymienniki, z których jeden umieszczany jest w ciepłym strumieniu powietrza wywiewanego, a drugi w zimnym strumieniu powietrza zewnętrznego, są połączone ze sobą za pomocą obiegu wody z glikolem wyposażonego w pompę cyrkulacyjną. Układ umożliwia odzyskiwanie ciepła w przypadku prowadzenia przewodu powietrza zewnętrznego i wywiewanego w pewnej odległości między nimi.
Zalety stosowania wymiennika z czynnikiem pośrednim to:
brak mieszania powietrza między powietrzem zewnętrznym i wywiewanym,
możliwość dowolnego umiejscowienia przewodów powietrza zewnętrznego i wywiewanego.
Wady stosowania wymiennika z czynnikiem pośrednim to:
wysokie spadki ciśnienia,
współczynnik sprawności około 50%,
ryzyko szronienia przy około -13oC obniża sprawność roczną,
niezbędne dostarczanie mocy z zewnątrz dla pompy cyrkulacyjnej,
konieczność stosowania środków zabezpieczających przed szronieniem.
Wymiennik typu „rura ciepła” zbudowany jest z zamkniętych rurek wypełnionych czynnikiem chłodniczym. Rurki te umieszczane są w pozycji pionowej. Powietrze wywiewane omywając dolne części rurek oddaje ciepło, dzięki czemu następuje odparowanie i przepływ czynnika ku górze. Chłodniejsze powietrze zewnętrzne odbiera energię od czynnika chłodniczego, który skrapla się i spływa w duł rurki, a proces rozpoczyna się na nowo. Na wydajność wymiennika ma wpływ temperatura zewnętrzna. Regulacja może odbywa się za pomocą przepustnicy „by-pass” ponad wymiennikiem.
Zalety stosowania „rury ciepła”:
brak mieszania miedzy powietrzem zewnętrznym a wywiewanym,
nie wymaga doprowadzania mocy z zewnątrz,
brak części ruchomych,
proste czyszczenie.
Wady stosowania „rury ciepła”:
duże spadki ciśnienia,
współczynnik sprawności 50-60%,
ryzyko szronienia przy około -13oC obniża sprawność roczną,
kanał nawiewany zawsze nad kanałem wywiewanym.
Kolejne urządzenia do odzysku ciepła to pompy ciepła. Jeżeli ciepło ze skraplacza w chłodziarce wykorzystywane jest do celów ogrzewczych, chłodziarka nazywana jest pompą ciepła. W tym przypadku pozwala się parownikowi na pobieranie np. z powietrza zewnętrznego, wywiewanego, wody powierzchniowej, gruntowej itd. W ten sposób w sprężarce podnoszona jest temp. i wykorzystywane jest ciepło ze skraplacza. Nazwa pompy ciepła wiąże się zwykle z źródłem, do którego pobierane jest ciepło:
pompa ciepła dla powietrza zewnętrznego- stosuje się tu lamelowy wymiennik ciepła (parownik) umieszczony w strumieniu powietrza zewnętrznego. Powietrze za pomocą wentylatora kierowane jest przez wymiennik. Jesienią, gdy temp. spada, zmniejsza się zdolność pompy do dostarczania ciepła. Jednocześnie wzrasta oszronienie wymiennika co sprawia, że niezbędne jest odszranianie. Podczas odszraniania zanika produkcja ciepła. Po spadku temperatury do około -10oC zdolność dostarczania ciepła jest tak mała, że eksploatacja staje się nieopłacalna.
Pompa ciepła dla powietrza wywiewanego: w kanale wywiewnym instaluje się wtedy parownik, w którym odzyskuje się ciepło z powietrza wywianego. Odzyskane ciepło można wykorzystać do ogrzania wody w grzejnikach, c.w.u. lub powietrza zewnętrznego wprowadzonego do instalacji.
Pompa ciepła dla ciepłą powierzchniowego ziemi: pobierając ciepło z najwyższej warstwy gleby wykorzystuje się w praktyce ciepło słoneczne oddawane latem do ziemi. Jako parownik stosuje się tu najczęściej plastikowy wąż wypełniony wodnym roztworem glikolu,
Pompa ciepła dla wód gruntowych: jeżeli nie ma do dyspozycji wystarczająco dużej powierzchni ziemi można wąż- parownik umieścić w wywierconej studni. W ten sposób ciepło dla pompy pobierane jest z wód gruntowych,
Morska pompa ciepła: w tym przypadku ciepło dostarczane jest do pompy za pomocą węża- parownika umieszczonego na dnie jeziora, morza lub innego zbiornika wodnego.
CZĘŚĆ OBLICZENIOWA
2.1. Założenia:
Lokalizacja : Wrocław
Parametry okresu zimnego :
Zyski ciepła w okresie zimnym (ludzie ,technologia, oświetlenie): qzbjoz = 22 W/m2
Temperatura powietrza w pomieszczeniu : tpoz = 20°C
Straty ciepła : qstr. = 20 W/m3
-straty ciepła pokrywa c.o. do td = 7°C
Parametry powietrza zewnętrznego :IV strefa klimatyczna
-dla okresu zimnego : tzew. = -18°C
ϕ zoz = 100 %
Parametry okresu ciepłego:
Zyski ciepła w okresie ciepłym: q zbjoc = 62 W/m2
Parametry powietrza zewnętrznego : II strefa klimatyczna
-dla okresu ciepłego : t zoc = 30°C
ϕ zoc = 55%
Parametry powietrza w pomieszczeniu :
tpoc = tpoz+tzoc / 2 = 20+30 / 2 = 25°C
tpoc = 25°C
Liczba osób, zakladam 1osoba / 4 m2
300 / 4 = 75 osób
Wymiary pomieszczenia:
a = 15,0 , b= 20,0 , h = 4,0 m
Kubatura pomieszczenia : K = 1200 m3
Powierzchnia pomieszczenia : F = 300 m2
Rodzaj i parametry czynnika grzewczego : woda 90/70°C
Rodzaj i parametry czynnika chłodniczego : woda 6/12°C
2.2. Bilans cieplny okresu ciepłego:
Obliczenie strumienia powietrza wentylującego (pomieszczenie wentylowane z normowaniem temp . w okresie całorocznym)
V = Qzbjoc / cp * ρ * Δt [m3 /s]
Qzbjoc- zyski ciepła jawnego
Qzbjoc = qzbjoc * F = 62,0 * 300 = 18600W = 18,6 KW
Qzbjoc = 62 W/m2
F = 300 m2
cp - ciepło właściwe
cp = 1,006 kJ / kg*K
ρ - gęstość powietrza
ρ = 1,2 kg/ m3
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. pomieszczenia i tem. nawiewu = 6°C
V = Qzbjoc / cp * ρ * Δt [m3 /s]
V = 18,6 / 1,006 * 1,2 * 6 = 18,6 / 7,24 = 2,57 [m3 /s] = 9252 m3 /h
Strumień powietrza wywiewanego z pomieszczenia:
V w = 100%Vn
Vw = 2,57 [m3 /s] = 9252 m3 /h
Krotności wymian
Ψ = V / kub. = 9252 / 1200 = 7,71 przyjęto 8 wymian
2. Bilans ciepła całkowitego w pomieszczeniu.
Qzcoc = Qzjoc - Qzjocl + Qzcocl
Qzjoc = 18,6 kW
Qzjocl = n * qj * ϕ
n - ilość ludzi
qj -zyski jawne od ludzi (praca lekka stojąca , aktywność duża przy tpoc= 26°C)
ϕ - współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu
Qzjocl = 75*72*0,85 = 4590W = 4,59 kW
Qzcocl= n * qc * ϕ
qc - zyski całkowite od ludzi
Qzcocl = 75*193*0,85 = 12303W = 12,30 kW
Qzcoc = Qzjoc - Qzjocl + Qzcocl
Qzcoc = 18,6 - 4,59 +12,30 = 26,31 kW
3.Bians wilgoci przy tp = 25°C
W = w*n
w-wilgoć g/h
n-liczba osób
W = 182*75*10-3 /3600 = 3,79 * 10-3 [kg/s]
4.Obliczenie współczynnika kierunkowego przemiany.
ε = Qzcoc/W
Qzcoc - bilans ciepła całkowitego w pomieszczeniu.
W - zyski wilgoci okresu ciepłego
ε = 26,31 /3,79 * 10-3 = 6942 kJ / kg,
5. Temperatura nawiewu w okresie ciepłym
tnoc = tpoc-Δt = 25-6 = 19°C
2.3. Bilans cieplny okresu zimnego:
1.Zyski ciepła jawnego w okresie zimnym
Qzjoz = qzjoz *F + Qstr
Qstr. - statyczne straty ciepła
qzjoz =22 W / m2
F = 300 m2
Qstr. = K * qstr. * (tpoz -td / tpoz - tzoz)
K- kubatura pomieszczenia ; K = 1200 m3
qstr.= 20,0 W / m3
tpoz = 20°C
td = 7°C
tzoz = -18°C
Qstr. = 1200*20*(20-7 /20-(-18)) = 8211 W = 8,2 kW
Qzjoz = (22*300)-8211 = = -1611 W = - 1,61 kW
2.Zyski całkowite w okresie zimnym
Qzcoz = Qzjoz-Qzjozl+Qzcozl
Qzjoz = -1,61 kW
Qzjozl = n * qj * ϕ
n - ilość ludzi
qj -zyski jawne od ludzi (praca lekka stojąca , aktywność duża przy tpoz= 20°C)
ϕ - współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu
Qzjozl = 75*108*0,85 = 6885 W = 6,89 kW
Qzcocl= n * qc * ϕ
qc - zyski całkowite od ludzi
Qzcozl = 75*193*0,85 = 12304 W = 12,30 kW
Qzcoz = Qzjoz - Qzjozl + Qzcozl
Qzcoz = -1,61 - 6,89 + 12,30 = 3,80 kW
3.Bians wilgoci przy tp = 20°C
W = w*n
w-wilgoć g/h
n-liczba osób
W = 128*75*10-3 /3600 = 2,67 * 10-3 [kg/s]
4.Obliczenie współczynnika kierunkowego przemiany.
ε = Qc/W
Qc - bilans ciepła całkowitego w pomieszczeniu.
W - wilgoć
ε = 3,80 /2,67 * 10-3 = 1423 kJ / kg,
5. Temperatura nawiewu w okresie zimnym.
tnoz = tpoz - (Qzjoz/V*ρ*cp)
tnoz = 20 -(-1,61 / 2,57*1,2*1,006 ) = 20-(-0,52)=20,5 °C
3. DOBÓR URZĄDZEŃ
Dobrano urządzenia wentylacyjne firmy VBW Clima
Dobór centrali wentylacyjnej dla strumienia powietrza wentylacyjnego
V = 9252 m2 typ BS-RP-5
3.1. Odzysk ciepła i chłodu przy zastosowaniu wymiennika krzyżowego .
Odzysk ciepła
Strumień powietrza wentylujacego : 9252 m3/h
temperatury ( nawiew / wyciąg) : -18/20 °C
wielkość centrali i zestaw :BS-RP-5
- wykresu sprawności dla stosunku powietrza nawiewanego do wywiewanego
VN/VW = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,6
1. Okres zimny
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:
ηt - sprawność temperaturowa wymiennika
tN1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C
tN2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C
tW1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C
tW2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = -18 + 0,6 * (20- (-18) ) = 4,8° C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
W przypadku, gdyby udział powietrza nawiewanego do udziału powietrza wywiewanego wynosi 1, przyjmuje się, że spadek temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem jest równy wzrostowi temperatury powietrza nawiewanego:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = 22,8° C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = -22,8° C
Moc nagrzewnicy:
Qn = V * ρ * cp * Δt
Qn - moc nagrzewnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
cp = 1,006 kJ / kg*K - ciepło właściwe
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. nawiewu okresu zimnego a temp. występująca za wymiennikiem [°C]
Qn = 2,57 * 1,2 * 1,006 * (20,5- 4,8) = 48,7kW
2. Okres ciepły:
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = 30 + 0,6 * (25-30 ) = 27° C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
Przyjęto:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = -3° C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = 3° C
Moc chłodnicy:
Qch = V * ρ * Δi Δi= iN2 - inoc
Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C
vŚĆ = (6+10)/2+1=10° C
Qch - moc chłodnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δi - różnica entalpi 65-48=17 kJ/kg
Qch = 2,57 * 1,2 * (65-48) = 52,4 kW
Schemat centrali wentylacyjnej z wymiennikiem krzyżowym.
3,2. Odzysk ciepła i chłodu przy zastosowaniu wymiennika obrotowego higroskopijny .
Odzysk ciepła
Strumień powietrza wentylujacego : 9252 m3/h
temperatury ( nawiew / wyciąg) : -18/20 °C
wielkość centrali i zestaw :BS-RR-5
- wykresu sprawności dla stosunku powietrza nawiewanego do wywiewanego
VN/VW = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,77
1. Okres zimny
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:
ηt - sprawność temperaturowa wymiennika
tN1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C
tN2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C
tW1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C
tW2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = -18 + 0,77 * (20- (-18) ) = 11,3°C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
W przypadku, gdyby udział powietrza nawiewanego do udziału powietrza wywiewanego wynosi 1, przyjmuje się, że spadek temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem jest równy wzrostowi temperatury powietrza nawiewanego:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = 29,3° C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = -29,3° C
Moc nagrzewnicy:
Qn = V * ρ * cp * Δt Δt=(tnoz - tN2)
Qn - moc nagrzewnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
cp = 1,006 kJ / kg*K - ciepło właściwe
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. nawiewu okresu zimnego a temp. występująca za wymiennikiem [°C]
Qn = 2,57 * 1,2 * 1,006 * (20,5- 11,3) = 28,5kW
Zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym za wymiennikiem ciepła:
xN2 = xN1 + η * (xW1 - xN1) = 1,0 + 0,77 * (0,8 - 1,0) = 0,84 g/kg
η - sprawność temperaturowa wymiennika
xN1 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym g/kg
xN2 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym za wymiennikiem ciepła °C
xW1 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym z pomieszczenia °C
xW2 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym za wymiennikiem ciepła °C
2. Okres ciepły:
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = 30 + 0,77 * (25-30 ) = 26,2 °C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
Przyjęto:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = -3,8 °C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = 3,8 °C
Moc chłodnicy:
Qch = V * ρ * Δi Δi= iN2 - inoc
Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C
vŚĆ = (6+10)/2+1=10° C
Qch - moc chłodnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δi - różnica entalpi 61,2-46,2=15 kJ/kg
Qch = 2,57 * 1,2 * (61,2-46,2) = 46,3 kW
Zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym za wymiennikiem ciepła:
xN2 = xN1 + η * (xW1 - xN1) = 15,0 + 0,77 * (12,2 - 15,0) = 12,8 g/kg
η - sprawność temperaturowa wymiennika
xN1 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym g/kg
xN2 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym za wymiennikiem ciepła °C
xW1 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym z pomieszczenia °C
xW2 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym za wymiennikiem ciepła °C
3. Schemat centrali wentylacyjnej z wymiennikiem obrotowym:
3.3. Odzysk ciepła przy zastosowaniu wymiennika pośredniego - glikolowy.
Odzysk ciepła
Strumień powietrza wentylujacego : 9252 m3/h
temperatury ( nawiew / wyciąg) : -18/20 °C
wielkość centrali i zestaw :BS-RC-5
- wykresu sprawności dla stosunku powietrza nawiewanego do wywiewanego
VN/VW = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,48
1. Okres zimny
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:
η - sprawność temperaturowa wymiennika
tN1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C
tN2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C
tW1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C
tW2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = -18 + 0,48 * (20- (-18) ) = 0,2° C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
W przypadku, gdyby udział powietrza nawiewanego do udziału powietrza wywiewanego wynosi 1, przyjmuje się, że spadek temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem jest równy wzrostowi temperatury powietrza nawiewanego:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = 17,8 °C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = -17,8 °C
Moc nagrzewnicy:
Qn = V * ρ * cp * Δt Δt=(tnoz - tN2)
Qn - moc nagrzewnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
cp = 1,006 kJ / kg*K - ciepło właściwe
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. nawiewu okresu zimnego a temp. występująca za wymiennikiem [°C]
Qn = 2,57 * 1,2 * 1,006 * (20,5- 0,2) = 63kW
2. Okres ciepły:
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = 30 + 0,48 * (25-30 ) = 27,6° C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
Przyjęto:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = -2,4° C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = 2,4° C
Moc chłodnicy:
Qch = V * ρ * Δi Δi= iN2 - inoc
Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C
vŚĆ = (6+10)/2+1=10° C
Qch - moc chłodnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δi - różnica entalpi 66-46,3=19,7 kJ/kg
Qch = 2,57 * 1,2 * (66-46,3) =60,8 kW
3. Schemat centrali wentylacyjnej z wymiennikiem pośterdnim
3.4. Odzysk ciepła przy zastosowaniu wymiennika „rurka ciepła” .
Odzysk ciepła
Strumień powietrza wentylujacego : 9252 m3/h
temperatury ( nawiew / wyciąg) : -18/20 °C
wielkość centrali i zestaw :BS-RC-5
- wykresu sprawności dla stosunku powietrza nawiewanego do wywiewanego
VN/VW = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,55
1. Okres zimny
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:
η - sprawność temperaturowa wymiennika
tN1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C
tN2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C
tW1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C
tW2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = -18 + 0,55 * (20- (-18) ) = 2,9 °C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
W przypadku, gdyby udział powietrza nawiewanego do udziału powietrza wywiewanego wynosi 1, przyjmuje się, że spadek temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem jest równy wzrostowi temperatury powietrza nawiewanego:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = 20,9 °C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = -20,9 °C
Moc nagrzewnicy:
Qn = V * ρ * cp * Δt Δt=(tnoz - tN2)
Qn - moc nagrzewnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
cp = 1,006 kJ / kg*K - ciepło właściwe
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. nawiewu okresu zimnego a temp. występująca za wymiennikiem [°C]
Qn = 2,57 * 1,2 * 1,006 * (20,5- 2,9) = 54,6kW
2. Okres ciepły:
Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem
tN2 = tN1 + η * (tW1-tN1)
tN2 = 30 + 0,55 * (25-30 ) = 27,3 °C
Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:
Przyjęto:
zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tN2 - tN1 = -2,7° C
zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :
Δt=tW1 - tW2 = 2,7° C
Moc chłodnicy:
Qch = V * ρ * Δi Δi= iN2 - inoc
Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C
vŚĆ = (6+10)/2+1=10° C
Qch - moc chłodnicy
V = 2,57 m3 /s - strumień powietrza wentylującego
ρ = 1,2 kg/ m3 - gęstość powietrza
Δi - różnica entalpi 66-46=18 kJ/kg
Qch = 2,57 * 1,2 * (66-46) =55,5 kW
3. Schemat centrali z wymiennikiem ciepła „rurka iepła”
4. PORÓWNANIE POSZCZEGÓLNYCH CENTRALI WENTYLACYJNYCH.
Lp. |
Rodzaj wymiennika ciepła |
Odzysk ciepła |
Odzysk wilgoci |
Starty ciś. na wymienniku
|
Straty ciśnienia dla całej centrali |
Sprawność odzysku |
Moc nagrze- wnicy |
Moc chłodnicy |
|
- |
- |
- |
Pa |
Pa |
% |
KW |
kW |
1. |
Wymiennik Krzeżowy
|
+ |
- |
240 |
885 |
60 |
48,7 |
52,4 |
2. |
Wymiennik Obrotowy Higroskopijny |
+
|
+ |
130 |
775 |
77 |
28,5 |
46,3
|
3. |
Wymiennik glokolowy
|
+ |
- |
260 |
905 |
48 |
63,0
|
60,8 |
4. |
Wymiennik z „rurką ciepł”' |
+
|
- |
264 |
909 |
55 |
54,6 |
55,5 |
Lp |
Rodzaj wymiennika ciepła |
Długość |
Szerokość |
Wysokość |
|
|
- |
mm |
mm |
mm |
|
1. |
Wymiennik krzyżowy
|
6100 |
1240 |
2020 |
|
2. |
Wymiennik obrotowy higroskopijny |
2640 |
1240 |
2020 |
|
3. |
Wymiennik glikolowy
|
4055 |
1240 |
1010 |
|
4. |
Wymiennik z „rurką ciepła”
|
4555 |
1240 |
2460
|
|
Odzysk ciepła i chłodu przy zastosowaniu wymiennika obrotowego .
2.1 Wymiennik obrotowy z wirnikiem niehigroskopijnym. Odzysk ciepła jawnego.
a) Odzysk ciepła
przepływ powietrza ( nawiew / wyciąg) : 8500/7500
temperatury ( nawiew / wyciąg) : -22/22 °C
wielkość centrali i zestaw :CV-A3 - 0 - 298 A
odczyt z wykresu sprawności nawiew/wyciąg = 1,13
ηt - sprawność temperaturowa
ηt = 75%
Obliczenie temperatury powietrza za wymiennikiem:
t1 = (-22 ° C) - temperatura zewnętrzna okresu zimnego
t3 = 22 ° C - temperatura w pomieszczeniu okresu zimnego
t2 - temperatura powietrza za wymiennikiem
t2 = ηt * (t3-t1)+t1
t2 = 0,75 * (22+22) -22 = 11 ° C
b) Odzysk chłodu
ηt - sprawność temperaturowa
ηt = 75%
Obliczenie temperatury powietrza za wymiennikiem:
t1 = (30 ° C) - temperatura zewnętrzna okresu ciepłego
t3 = 26 ° C - temperatura w pomieszczeniu okresu ciepłego
t2 -temperatura powietrza za wymiennikiem
t2 = ηt * (t3-t1)+t1
t2 = 0,75 * (26-30) +30 = 27 ° C
Wymiennik obrotowy z wirnikiem higroskopijnym. Odzysk ciepła jawnego i utajonego
Odzysk wilgoci w okresie zimnym.
Xn2 = ηt * (Xw1 - Xn1) + Xn1
Xn2 - ilość wilgoci w powietrzu za wymiennikiem [g/kg]
ηt - sprawność wymiennika .
Xw1 - ilość wilgoci w powietrzu wywiewanym z pomieszczenia [g/kg]
Xn1 - ilość wilgoci w powietrzu zewnętrznym [g/kg]
Xn2 = 0,75 * (6 - 0,7) + 0,7 = 4,6 [g/kg]
Odzysk wilgoci w okresie ciepłym.
Xn2 = ηt * (Xw1 - Xn1) + Xn1
Xn2 - ilość wilgoci w powietrzu za wymiennikiem [g/kg]
ηt - sprawność wymiennika .
Xw1 - ilość wilgoci w powietrzu wywiewanym z pomieszczenia [g/kg]
Xn1 - ilość wilgoci w powietrzu zewnętrznym [g/kg]
Xn2 = 0,75 * (10,5 - 12) + 12= 10,8 [g/kg]
c) Obliczenie mocy nagrzewnicy i chłodnicy dla urządzenia wentylującego , w którym odzysk ciepła realizowany jest przez wymiennik obrotowy higroskopijny.
Qn = V * ρ * cp * Δt
Qn - moc nagrzewnicy
V = 2,36 [m3 /s] - strumień powietrza wentylującego
cp = 1,006 [kJ / kg*K] - ciepło właściwe
ρ = 1,2 [kg/ m3] - gęstość powietrza
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. nawiewu a temp. występująca za wymiennikiem [°C]
Qn = 2,36 * 1,2 * 1,006 * (24,6- 11) = 39 kW
Qch = V * ρ * Δi
Qch - moc chłodnicy
V = 2,36 [m3 /s] - strumień powietrza wentylującego
ρ = 1,2 [kg/ m3] - gęstość powietrza
Δi - różnica entalpi
Qch = 2,36 * 1,2 * (55-42) = 37 kW
Odzysk ciepła i chłodu przy zastosowaniu układu z medium pośrednim (wymiennik glikolowy) .
a) Odzysk ciepła
przepływ powietrza ( nawiew / wyciąg) : 8500/7500
temperatury ( nawiew / wyciąg) : -22/22 °C
wielkość centrali i zestaw :CV-A3
odczyt z wykresu sprawności nawiew /wywiew = 1,13
ηt - sprawność temperaturowa
ηt = 45 %
Obliczenie temperatury powietrza za wymiennikiem:
t1 = (-22 ° C) - temperatura zewnętrzna okresu zimnego
t3 = 22 ° C - temperatura w pomieszczeniu okresu zimnego
t2 - temperatura powietrza za wymiennikiem
t2 = ηt * (t3-t1)+t1
t2 = 0,45 * (22+22) -22 = -2,2 ° C
b) Odzysk chłodu
ηt - sprawność temperaturowa
ηt = 45%
Obliczenie temperatury powietrza za wymiennikiem:
t1 = (30 ° C) - temperatura zewnętrzna okresu ciepłego
t3 = 26 ° C - temperatura w pomieszczeniu okresu ciepłego
t2 -temperatura powietrza za wymiennikiem
t2 = ηt * (t3-t1)+t1
t2 = 0,45 * (26-30) +30 = 28,2 ° C
c) Obliczenie mocy nagrzewnicy i chłodnicy dla urządzenia wentylującego , w którym odzysk ciepła realizowany jest przez wymiennik glikolowy.
Qn = V * ρ * cp * Δt
Qn - moc nagrzewnicy
V = 2,36 [m3 /s] - strumień powietrza wentylującego
cp = 1,006 [kJ / kg*K] - ciepło właściwe
ρ = 1,2 [kg/ m3] - gęstość powietrza
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. nawiewu a temp. występująca za wymiennikiem [°C]
Qn = 2,36 * 1,2 * 1,006 * (24,6+2,2) = 76 kW
Qn II = V * ρ * cp * Δt
Qn II= 2,36 * 1,2 * 1,006 * (20-17) = 9 kW
Qch = V * ρ * Δi
Qch - moc chłodnicy
V = 2,36 [m3 /s] - strumień powietrza wentylującego
ρ = 1,2 [kg/ m3] - gęstość powietrza
Δi - różnica entalpi
Qch = 2,36 * 1,2 * (59-40) = 53 kW
Odzysk ciepła i chłodu przy zastosowaniu wymiennika typu „ rurka ciepła”
a) Odzysk ciepła
przepływ powietrza ( nawiew / wyciąg) : 2,36/2,08 m3/s
temperatury ( nawiew / wyciąg) : -22/22 °C
odczyt z wykresu sprawności nawiew /wywiew = 1,13
wymiennik typu rurka ciepła EXE firmy Flexomox S wielkość 360
ηt - sprawność temperaturowa
ηt = 60%
Obliczenie temperatury powietrza za wymiennikiem:
t1 = (-22 ° C) - temperatura zewnętrzna okresu zimnego
t3 = 22 ° C - temperatura w pomieszczeniu okresu zimnego
t2 - temperatura powietrza za wymiennikiem
t2 = ηt * (t3-t1)+t1
t2 = 0,60* (22+22) -22 = 4,4 ° C
b) Odzysk chłodu
ηt - sprawność temperaturowa
ηt = 0,60%
Obliczenie temperatury powietrza za wymiennikiem:
t1 = (30 ° C) - temperatura zewnętrzna okresu ciepłego
t3 = 26 ° C - temperatura w pomieszczeniu okresu ciepłego
t2 -temperatura powietrza za wymiennikiem
t2 = ηt * (t3-t1)+t1
t2 = 0,60* (26-30) +30 = 27,6° C
c) Obliczenie mocy nagrzewnicy i chłodnicy dla urządzenia wentylującego , w którym odzysk ciepła realizowany jest przez wymiennik typu „rurka ciepła”.
Qn = V * ρ * cp * Δt
Qn - moc nagrzewnicy
V = 2,36 [m3 /s] - strumień powietrza wentylującego
cp = 1,006 [kJ / kg*K] - ciepło właściwe
ρ = 1,2 [kg/ m3] - gęstość powietrza
Δt - różnica temperatur pomiędzy temp. nawiewu a temp. występująca za wymiennikiem [°C]
Qn = 2,36 * 1,2 * 1,006 * (24,6-4,4) = 58 kW
Qn II = V * ρ * cp * Δt
Qn II= 2,36 * 1,2 * 1,006 * (20-17) = 9 kW
Qch = V * ρ * Δi
Qch - moc chłodnicy
V = 2,36 [m3 /s] - strumień powietrza wentylującego
ρ = 1,2 [kg/ m3] - gęstość powietrza
Δi - różnica entalpi
Qch = 2,36 * 1,2 * (58-39) = 53 kW
|
Wymiennik krzyżowy |
Wymiennik obrotowy |
Wymiennik glikolowy |
Wymiennik typu „rurka ciepła” |
|
centrala |
typ |
CV-A3 X314A/1-6 |
CV-A3LO-298A/1-6 |
CV-A3PG-42A/1-6 CV-A3PG256A/1-6 |
|
|
[mm] |
4880 X 2272 |
3690 X2272 |
3310X1261 2930X1261 |
3110 X1980 |
Strata ciśnienia [Pa] |
Nawiew |
Filtr - 117 Wym. - 207 Nagrz.-22 Chłod.- 99 |
Filtr - 117 Wym. - 71 Nagrz.-22 Chłod.- 99 |
Filtr - 117 Nag. glik. - 278 Nagrz.-49 Chłod.- 99 |
Filtr - 130 Wym. - 100 Nagrz.-80 Chłod.- 80 |
|
Wywiew |
Filtr-111 Wym.-181 |
Filtr-111 Wym.-61 |
Filtr-111 Chłod glik.-247 |
Filtr-130 Wym.-100 |
Moc nagrzewnicy |
63 |
39 |
76 |
58 |
|
Moc nagrzewn .wtórnej |
9 |
------------------ |
9 |
9 |
|
Moc chłodnicy |
50 |
37 |
53 |
53 |
|
Sprawność |
59%-odzysk temperatury. |
75% -odzysk temperatury , wilgotności. |
45%- odzysk temperatury |
60%- odzysk temperatury |
|
Parametry powietrza wywiewanego. |
|
|
|
|
|
Jakość strumienia |
Całkowita separacja strumienia nawiewanego i wywiewanego |
Możliwe nieszczelności 3-5%, nie należy stosować przy całkowitej separacji strumienia. |
Stosuje się w systemach o wysokim reżimie czystości powietrza . |
Całkowita separacja strumienia nawiewanego i wywiewanego |
|
Dodatkowe urządzenia |
Wymiennik jest wyposażony w
|
Wymiennik jest wyposażony w
|
Dla poprawnego funkcjonowania ,układ musi być wyposażony w kompletną instalację glikolową która nie jest częścią składowa centrali |
Wymiennik jest wyposażony w
|
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
Wydział INŻYNIERII ŚRODOWISKA
Katedra Klimatyzacji i Ciepłownictwa
Ćwiczenie projektowe nr.1
Z
„Wybranych zagadnień z wentylacji przemysłowej”
Temat : Dobór urządzeń wentylacyjnych z odzyskiem ciepła.
Sprawdził : Wykonała :
mgr inż. Rafał Spławski Monika Kruk
CENTRALA NAWIEWNA CENTRALA WYWIEWNA
CENTRALA Z WYMIENNIKIEM TYPU „RURKA CIEPŁA”