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

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA................................................................................................

2. CZĘŚĆ OBLICZENIOWA..............................................................................................

1. Założenia

2. Bilans cieplny okresu letniego...................................................................................

3. Bilans cieplny okresu zimnego..................................................................................

3. DOBÓR URZĄDZEŃ.....................................................................................................

3.1. Odzysk ciepła przez wymiennik krzyżowy................................................................

3.2. Odzysk ciepła przez wymiennik obrotowy higroskopijny.........................................

3.3. Odzysk ciepła przez wymiennik glikolowy................................................................

3.4. Odzysk ciepła przez wymiennik z „rurą ciepła”........................................................

4. PORÓWNANIE POSZCZEGÓLNYCH CENTRALI WENTYLACYJNYCH...................

1. 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 -13^oC 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 -13^oC 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 -10^oC 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.

2. CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

2.1. Założenia:

1. 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 %

2. 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

4. Liczba osób, zakladam 1osoba / 4 m²

300 / 4 = 75 osób

5. Wymiary pomieszczenia:

a = 15,0 , b= 20,0 , h = 4,0 m

Kubatura pomieszczenia : K = 1200 m³

Powierzchnia pomieszczenia : F = 300 m²

6. Rodzaj i parametry czynnika grzewczego : woda 90/70°C

7. Rodzaj i parametry czynnika chłodniczego : woda 6/12°C

2.2. Bilans cieplny okresu ciepłego:

1. 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

V_N/V_W = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,6

1. Okres zimny

Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:

η_t - sprawność temperaturowa wymiennika

t_N1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C

t_N2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C

t_W1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C

t_W2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = -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=t_N2 - t_N1 = 22,8° C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = -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

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = 30 + 0,6 * (25-30 ) = 27° C

Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:

Przyjęto:

• zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_N2 - t_N1 = -3° C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = 3° C

Moc chłodnicy:

Qch = V * ρ * Δi Δi= i_N2 - i_noc

Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C

v_ŚĆ = (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

3. 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

V_N/V_W = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,77

1. Okres zimny

Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:

η_t - sprawność temperaturowa wymiennika

t_N1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C

t_N2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C

t_W1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C

t_W2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = -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=t_N2 - t_N1 = 29,3° C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = -29,3° C

Moc nagrzewnicy:

Qn = V * ρ * cp * Δt Δt=(t_noz - t_N2)

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:

x_{N2 =} x_N1 + η * (x_W1 - x_N1) = 1,0 + 0,77 * (0,8 - 1,0) = 0,84 g/kg

η - sprawność temperaturowa wymiennika

x_N1 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym g/kg

x_N2 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym za wymiennikiem ciepła °C

x_W1 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym z pomieszczenia °C

x_W2 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym za wymiennikiem ciepła °C

2. Okres ciepły:

Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = 30 + 0,77 * (25-30 ) = 26,2 °C

Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:

Przyjęto:

• zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_N2 - t_N1 = -3,8 °C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = 3,8 °C

Moc chłodnicy:

Qch = V * ρ * Δi Δi= i_N2 - i_noc

Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C

v_ŚĆ = (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:

x_{N2 =} x_N1 + η * (x_W1 - x_N1) = 15,0 + 0,77 * (12,2 - 15,0) = 12,8 g/kg

η - sprawność temperaturowa wymiennika

x_N1 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym g/kg

x_N2 - zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym za wymiennikiem ciepła °C

x_W1 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym z pomieszczenia °C

x_W2 - zawartość wilgoci w powietrzu wywiewanym za wymiennikiem ciepła °C

3. Schemat centrali wentylacyjnej z wymiennikiem obrotowym:

3.3. Odzysk ciepła i chłodu przy zastosowaniu wymiennika pośredni 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

V_N/V_W = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,48

1. Okres zimny

Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:

η - sprawność temperaturowa wymiennika

t_N1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C

t_N2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C

t_W1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C

t_W2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = -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=t_N2 - t_N1 = 17,8 °C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = -17,8 °C

Moc nagrzewnicy:

Qn = V * ρ * cp * Δt Δt=(t_noz - t_N2)

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

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = 30 + 0,48 * (25-30 ) = 27,6° C

Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:

Przyjęto:

• zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_N2 - t_N1 = -2,4° C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = 2,4° C

Moc chłodnicy:

Qch = V * ρ * Δi Δi= i_N2 - i_noc

Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C

v_ŚĆ = (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

3.4. 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

V_N/V_W = 1 odczyt z wykresu sprawności dla powietrza suchego: η= 0,55

1. Okres zimny

Temperatury powietrza nawiewanego za wymiennikiem:

η - sprawność temperaturowa wymiennika

t_N1 - temperatura powietrza zewnętrznego °C

t_N2 - temperatura powietrza zewnętrznego za wymiennikiem ciepła °C

t_W1 - temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczenia °C

t_W2 - temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem ciepła °C

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = -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=t_N2 - t_N1 = 20,9 °C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = -20,9 °C

Moc nagrzewnicy:

Qn = V * ρ * cp * Δt Δt=(t_noz - t_N2)

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

t_N2 = t_{N1 +} η * (t_W1-t_N1)

t_N2 = 30 + 0,55 * (25-30 ) = 27,3 °C

Temperatury powietrza wywiewanego za wymiennikiem:

Przyjęto:

• zmiana tem. nawiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_N2 - t_N1 = -2,7° C

• zmiana tem. wywiewu po przejściu przez wymiennik :

Δt=t_W1 - t_W2 = 2,7° C

Moc chłodnicy:

Qch = V * ρ * Δi Δi= i_N2 - i_noc

Przyjęto tem. czynnika chłodniczego (woda) 12/6 ° C

v_ŚĆ = (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

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

1. 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

1. Wymiennik obrotowy z wirnikiem higroskopijnym. Odzysk ciepła jawnego i utajonego

1. 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]

2. 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

2. 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

3. 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 przepustnicę obejściową (by-pass), pod wymienn.,po stronie wywiewu odkraplacz z tacą na skropliny odpływ wyposaż . w syfon. po stronie wywiewu za wymiennikiem znajduje się czujnik temp. zaleca się zwiększenie mocy nagrzewnicy	Wymiennik jest wyposażony w silnik z regulacją ilości obrotów (zabezpieczenie przed zamarzaniem) w standardzie wirnik posiadający śluzy czyszczące zapobiegające przedostawaniu się powietrza wywiewanego na stronę nawiewu.	Dla poprawnego funkcjonowania ,układ musi być wyposażony w kompletną instalację glikolową która nie jest częścią składowa centrali	Wymiennik jest wyposażony w przepustnicę obejściową (by-pass),

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”

---