1. Podać definicję wilgotności względnej i bezwzględnej.

Wilgotność względna

1. Stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu wilgotnym o danej temperaturze do ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu nasyconym o tej samej temperaturze.

2. Jest to stosunek wilgotności bezwzględnej powietrza do maksymalnej wilgotności bezwzględnej, jaka może występować w danej temperaturze.

$$\varphi = \frac{p_{w}}{p_{\text{wn}}} \times \ 100\%$$

$$\varphi = \frac{p}{p_{\text{wn}}}\ \times \frac{Y}{0,622 + Y}$$

Wilgotność bezwzględna

Wilgotność bezwzględna = zawartość wilgoci = wilgotność właściwa = wskaźnik wilgotności (x = Y)

Y = mw / mg

mw – masa pary wodnej [kg]

mg – masa suchego powietrza [kg]

mM = mw + mg = (1+Y)·mg

mM – masa powietrza wilgotnego

1. Podać definicję entalpii powietrza wilgotnego.

Entalpia

i = h

= zawartość ciepła = ciepło całkowite = potencjał cieplny

Entalpia jest miarą energii wewnętrznej zgromadzonej w strukturze cząstek i atomów.

Dla gazów doskonałych (oraz dla gazów spotykanych w klimatyzacji) spełnione jest równanie:

i = U + pV

W psychrometrii entalpia powietrza wilgotnego (i) jest zdefiniowana równaniem:

i = i_p +  Y * i_w

ip - entalpia powietrza suchego

iw - entalpia pary wodnej

Y - wilgotność bezwzględna

1. Podać definicję temperatura punktu rosy.

Punkt rosy = temperatura punktu rosy

Punkt rosy jest to temperatura nasyconego powietrza, w którym ciśnienie cząstkowe pary wodnej jest takie samo jak w rozpatrywanym powietrzu wilgotnym (nienasyconym).

1. Co to jest współczynnik kierunkowy przemiany powietrza?

Wykresy psychrometryczne – współczynnik kątowy przemiany

= współczynnik kierunkowy przemiany

$$\varepsilon = \frac{i_{2\ \ } - \ i_{1}}{Y_{2} - Y_{1}}$$

Można udowodnić, że dla wszystkich przemian przedstawionych na wykresie i-Y liniami równoległymi wartość współczynnika jest taka sama i określa kierunek tych przemian jednoznacznie, niezależnie od punktu początkowego.

ε = 0 gdy nie ma zysków ciepła całkowitego

ε = ±∞ gdy nie występują zyski wilgoci

1. OBOWIĄZKOWE. W zbiorniku o objętości 100m³ znajduje się wilgotne powietrze. Jaka jest minimalna ilość wody która spowoduje pojawienie się mgły. Temp. 20°C prężność pary nasyconej jest równa 238.2 mm H₂O.

p = ρ • g • h

h = 238, 2 mm H₂O = 0, 2382 mH₂O 

$$\rho = 1000\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

$$g = 9,81\ \frac{m}{s^{2}}$$

p = ρ • g • h = 1000 • 9, 81 • 0, 2382 = 2336 Pa

Nie znamy ilości moli

$$n = \frac{m}{M}$$

pV = nRT

m = ?

$$M = 18\ \frac{\text{kg}}{\text{mol}}$$

V = 100 m³

R = 8, 314 $\frac{J}{\text{kg} \bullet \text{K\ }}$

T = 20 + 273 = 293K

pV = nRT

$$pV = \frac{m}{M}\text{RT}$$

$$2336Pa \bullet 100\ m^{3\ } = \frac{m}{18\frac{\text{kg}}{\text{mol}}\ } \bullet 8,314\ \frac{J}{\text{kg} \bullet \text{K\ }} \bullet 293K = \mathbf{1730}\mathbf{\text{kg}}$$

1. Jak określamy obliczeniową temperaturę powietrza wewnętrznego i zewnętrznego ?

Wybór obliczeniowych warunków wewnętrznych W celu uzyskania komfortowego samopoczucia pożądane są warunki:

1.Temp. powietrza w lecie powinna być wyższa niż średnia temp. promieniowania, zaś w zimie odwrotnie – niższa

2.Średnia prędkość ruchu powietrza nie powinna przekraczać 0,15 m/s, (dla temp. powietrza powyżej 26°C dopuszczalne są większe wartości)

3.Wilgotność względna powietrza powinna być w przedziale 30÷70 %

4.Różnica między poziomem stóp i głowy powinna być możliwie mała i zwykle nie przekracza 1,5 K, a w żadnym wypadku 3 K

5.Temp. podłogi powinna być w przedziale 17-26°C

6.Asymetria temp. promieniowania nie powinna być wyższa niż 5 K w kierunku pionowym i 10 K w kierunku poziomym

7.Zawartość CO2 nie powinna przekraczać 0,1%

Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego

W Polsce do określenia ww. parametrów obliczeń powinna być stosowana norma PN-78/B-03421 (lub jej nowszy zamiennik).

Wymagana temperatura jest uzależniona od aktywności fizycznej ludzi i prędkości powietrza w pomieszczeniu.

W praktyce stosowana jest również niemiecka norma DIN1946

Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego Przy projektowaniu urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych należy stosować normę PN-76/B-03420 (lub jej nowszy zamiennik). Norma ta określa parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego na obszarze Polski. Obliczenia przeprowadza się dla 2 przypadków – dla parametrów obliczeniowych powietrza zewnętrznego w okresie letnim i zimowym. W ww. normie powietrze zewnętrzne jest charakteryzowane za pomocą następujących parametrów:

- Temperatury termometru suchego ts i termometru mokrego tm

- Zawartości wilgoci x

- Wilgotności względnej powietrza φ

- Entalpii powietrza h (i)

1. Jak zależy obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego od przeznaczenia pomieszczenia ?

Zalecane wartości temp. i wilgotności powietrza w pomieszczeniach

Rodzaj przemysłu	Typ pomieszczenia	t [°C]	φ [%]
Elektroniczny	Produkcja ogólna Produkcja przyrządów precyzyjnych Atestowanie przyrządów pomiar.	21 22 24	50÷55 40÷45 65÷70
Maszynowy	Biura, montażownie Montaż części precyzyjnych Dział kontroli ogólnej	24÷26 20÷24 20÷24	35÷40 40÷50 45÷50
Tytoniowy	Produkcja – cygara i papierosy Rozmiękczanie i składowanie surowca Przygotowanie i paczkowanie	21÷24 32 23	55÷65 85÷88 65
Browarnictwo	Przechowywanie chmielu	2	60

1. Podać źródła zysków i strat ciepła w wentylowanym pomieszczeniu.

Wewnętrzne źrodła zyskow/strat ciepła jawnego

• ludzie

• maszyny, urządzenia, procesy technologiczne

• materiały wprowadzane i wyprowadzane

• oświetlenie

• wymiana ciepła z pomieszczeniami sąsiadującymi

Zewnętrzne źrodła zyskow/strat ciepła jawnego

• wymiana ciepła przez przegrody zewnętrzne

• zyski ciepła od nasłonecznienia przez przegrody przezroczystei nieprzezroczyste

• zyski/straty spowodowane przez infiltrację powietrza

Zyski ciepła jawnego i utajonego przez infiltracje

Infiltracja – napływ powietrza do pomieszczenia przez nieszczelności

przegród budowlanych

Eksfiltracja – odpływ powietrza z pomieszczenia przez nieszczelności

przegród budowlanych

Czynniki wywołujące infiltrację:

1. Ciśnienie wiatru (szczególnie w wysokich budynkach)

2. Różnica temperatur, a tym samym i gęstości powietrza w pomieszczeniu i powietrza atmosferycznego (ciąg kominowy)

3. Wchodzenie ludzi do budynku

1. Jak obliczamy zyski ciepła od maszyn i silników elektrycznych – podać przykłady. ?

2. Jak obliczamy zyski ciepła od oświetlenia. ?

Zyski ciepła od oświetlenia elektrycznego

Q_s=N*φ_J*[β + (1 − β)k₀

Q_s zysk ciepła od oświetlenia [W]

Nmoc zainstalowanego oświetlenia [W]

φ_Jwspółczynnik jednoczesności korzystania z zainstalowanej mocy

β współczynnik wyrażający stosunek ciepła konwekcyjnego przekazywanego powietrzu w pomieszczeniu, do całkowitej mocy zainstalowanej (tabela)

k_owspółczynnik akumulacji (zwykle = 1, dla masywnych budynków wynosi od 0,5 po 6 h do 0,7 po 12 h)

1. Zdefiniować pojęcia: ciepło, suche, mokre, jawne i utajone. Kiedy ciepło jawne jest równe ciepłu suchemu.

Ciepło jawne – energia potrzebna na zmianę temperatury obiektu/układu bez zmiany stanu skupienia.

Ciepło utajone – energia przemiany fazowej (potrzebna na zmianę stanu skupienia)

Bilans źrodła

Ciepło całkowite

Q_c=Q_J+Q_u

Ciepło suche

Q_J=Q_c−Q_u

Ciepło mokre

Q_u=W*i_p(t_i)

Bilans źródła

Ciepło całkowite

Q_c=Q_s+Q_m

Ciepło suche

Q_s=Q_c−Q_m

Ciepło mokre

Q_m=W*i_p(t_zr)

1. Jak obliczamy objętość powietrza wentylacyjnego - podać kilka metod ?

Ilość powietrza wentylacyjnego

$\mathbf{m}_{\mathbf{N}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{Q}_{\mathbf{c}}}{\mathbf{i}_{\mathbf{u}}\mathbf{-}\mathbf{i}_{\mathbf{N}}}$

$$\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{s}} \right\rbrack$$

m_N- strumień powietrza wentylacyjnego

Q_c- zyski ciepła – całkowite

i_u- entalpia powietrza usuwanego

i_N - entalpia powietrza nawiewanego

Ilość powietrza wentylacyjnego

$m_{N} = \frac{Q_{J}}{Q_{J}\left( t_{N} - t_{u} \right)*c_{p}}$ $\left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$

m_N- strumień powietrza wentylacyjnego

Q_J- zyski ciepła – jawne

t_u- temperatura powietrza usuwanego

t_N - temperatura powietrza nawiewanego

Ilość powietrza wentylacyjnego

$m_{N} = \frac{W_{c}}{Y_{u} - Y_{N}}$ $\lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$

m_N- strumień powietrza wentylacyjnego

W_c- zyski wilgoci

Y_u- wilgotność powietrza usuwanego

Y_N - wilgotność powietrza nawiewanego

1. Co decyduje o maksymalnym możliwym stopniu recyrkulacji powietrza ?

2. Podać i omówić sposoby rozdziału powietrza w pomieszczeniu.

Sposoby rozdziału powietrza

Zapewnienie właściwego mikroklimatu w strefie przebywania ludzi można uzyskać przez stworzenie takiego przepływu powietrza, aby zanieczyszczenia (ciepło, wilgoć gazy i pyły) były wypierane lub rozcieńczane. Można mówić o zasadzie wypierania lub rozcieńczania (mieszania). Analogicznie wyróżniamy wentylację wypierającą i mieszającą. Różnią się one oddziaływaniem strug powietrza nawiewanego na powietrze w pomieszczeniu.

1. Od czego zależy wybór sposobu rozdziału powietrza w pomieszczeniu ?

Wybór sposobu rozdziału powietrza w pomieszczeniu zależy przede wszystkim od przeznaczenia i sposobu użytkowania pomieszczenia.

1. Jak realizuje się rozdział powietrza w pomieszczeniu ?

1. Wymienić i omówić parametry charakteryzujące nawiewniki i strugę powietrza nawiewanego?

nawiewniki ścienne L=0.75×l

nawiewniki sufitowe L=H-H0

anemostaty L=H-H0+A/2 lub L=H-H0+X

Nawiewniki podokienne L=H-h+0.75×l

Zasięg strugi nawiewanej

Odległość od miejsca wylotu strugi do miejsca w którym prędkość powietrza w osi strugi osiąga wartość równą prędkości zamierania wL. Zależnie od przeznaczenia pomieszczenia przyjmuje się wL=0.25÷1 m/s

1. Wymienić ważniejsze cechy konstrukcyjne wentylatorów i parametry ich pracy, narysować schemat charakterystyki wentylatora.

Wydajność nawiewnika VN1 Strumień objętości wypływający z nawiewnika.

Pole powierzchni efektywnej nawiewnika Fef

Pole powierzchni swobodnej wypływu powietrza z nawiewnika, czyli pole powierzchni wylotu pomniejszone o pole powierzchni przesłoniętej przez uzbrojenie

F_ef=e * F

Prędkość efektywna wypływu powietrza z nawiewnika wef

Strumień nawiewany odniesiony do powierzchni efektywnej

wef = VN1 / Fef w_ef = V_N1/F_ef

Zalecana wartość prędkości zależy od lokalizacji otworu nawiewnego względem strefy przebywania ludzi i przeznaczenia pomieszczenia

1. Omówić zasady projektowania instalacji wentylacyjnej.

Projektowanie sieci rurociągów

1.Ustalenie układu sieci przewodów wentylacyjnych w budynku (przewody prowadzimy możliwie najkrótszą drogą, najmniejsza liczba oporów miejscowych w przewodzie głównym)

2.Ustalenie ilości i rozdziału powietrza

3.Wybór rodzaju i zwymiarowanie wszystkich tras przewodów wentylacyjnych (niepalność, chropowatość, okrągłe/prostokątne)

4.Wyrównanie nadwyżek ciśnienia w węzłach odgałęzień

5.Dobór wentylatora

1. Kryteria doboru kształtek budujących sieć wentylacyjną.

Są odpowiednie tabele i normy które pomagają nam dobrać odpowiednie kształtki budującą naszą sieć wentylacyjnego.

1. Co to jest charakterystyka instalacji wentylacyjnej i jakie jest jej znaczenie ?

2. Jak zmienia się charakterystyka instalacji po wprowadzeniu dodatkowego oporu miejscowego ?

3. Jak można określić punkt pracy instalacji wentylacyjnej i współpracującego z nią wentylatora (na podstawie charakterystyk instalacji i wentylatora)?

4. Obieg chłodniczy (Carnot, rzeczywisty), budowa pompy ciepła, wydajność chłodnicza

Największy współczynnik wydajności chłodniczej (ε) można uzyskać dla obiegu z izoentropowym rozprężaniem i sprężaniem tj. dla obiegu Carnota. W tym przypadku obieg byłby termodynamicznie odwracalny.

Wykres obiegu Carnota wstecz w układzie współrzędnych temperatura-entropia

1-2 Sprężanie adiabatyczne

2-3 Skraplanie izobaryczno izotermiczne

3-4 Rozprężanie izentropowe

4-1 Parowanie izobaryczno izotermiczne

Schemat absorpcyjnego układu chłodniczego

1 – Skraplacz

2 – Parownik

3 – Zawór dławiący

4 – Warnik

5 – Absorber

6 – Pompa obiegowa

7 – Zawór dławiący

Współczynnik wydajności chłodniczej

Stosunek energii odebranej w parowniku (tj. mocy chłodniczej) do energii pobieranej przez sprężarkę (tj. pracy sprężania).

$$\mathbf{\varepsilon =}\frac{\mathbf{q}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{l}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{i}_{\mathbf{1}}\mathbf{-}\mathbf{i}_{\mathbf{2}}}{\mathbf{i}_{\mathbf{2}}\mathbf{-}\mathbf{i}_{\mathbf{1}}}$$

1. Czynniki chłodnicze: podział, wybór, wpływ na środowisko

Czynnik chłodniczy Związek chemiczny lub mieszanina, która krążąc w zamkniętej instalacji chłodniczej, podlega cyklowi przemian termodynamicznych, tworząc obieg chłodniczy.

Ogólne wymagania stawiane czynnikom chłodniczym:

1.Ujemna wartość temp. wrzenia w warunkach otoczenia

2.Całkowita stabilność chemiczna przy każdej temp. obiegu

3.Obojętność chemiczna w stosunku do materiałów konstrukcyjnych instalacji

4.Niepalność

5.Nietoksyczność

6. Niewybuchowość

7. Korzystny przebieg krzywej nasycenia ciśnienia pary - nadciśnienie przy temp. parowania i niskie ciśnienie przy temp. skraplania

8. Duża objętościowa wydajność chłodnicza - w celu zmniejszenia strumienia objętości czynnika chłodniczego krążącego w obiegu

9. Chemiczna i fizyczna czystość czynników - np. zerowa zawartość wody w przeciwnym razie istnieje niebezpieczeństwo zablokowania zaworu rozprężnego na skutek tworzenia się lodu.

Podział czynników chłodniczych

Czynniki chłodnicze można podzielić ze względu na:

1.Skład chemiczny i własności fizykochemiczne

2.Pochodzenie i budowę chemiczną

3.Stopień szkodliwości dla organizmu ludzkiego, stopień palności oraz wybuchowości z powietrzem

Szkodliwe oddziaływanie czynników chłodniczych z grupy CFC na środowisko naturalne

Negatywny wpływ czynników chłodniczych na środowisko naturalne jest określany przy pomocy dwóch wskaźników:

1. GWP

2. ODP

3. TEWI

Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego GWP (Global Warning Potential)

Jest to potencjał tworzenia globalnego efektu cieplarnianego w odniesieniu do czynnika R11 dla którego GWP = 1.

Oprócz czynników chłodniczych, do powodowanego przez działalność człowieka efektu cieplarnianego przyczyniają się:

- wytwarzanie energii: emisja CO2, CH4, N2O

- rolnictwo: emisja CH4, N2O

Potencjał niszczenia warstwy ozonowej ODP (Ozone Depleting Potential)

Jest to potencjał niszczenia ozonu stratosferycznego w odniesieniu do czynnika R11 dla którego ODP = 1.

Powstawanie dziury ozonowej: Np. dla R12 CCl2F → CClF2 + Cl Chlor reaguje z O3 O3 + Cl → O2 + ClO Dalsza degradacja O3 następuje w wyniku działania ClO jako katalizatora O3 → O2 + O Ponownie powstaje wolny chlor ClO + O → Cl + O2 Dalsza degradacja ozonu Cl + 2O3 → Cl + 3O2

Potencjał niszczenia warstwy ozonowej TEWI (Total Equivalent Warming Impact)

TEWI jest to całkowity równoważnik efektu cieplarnianego uwzględniający m.in.:

- wskaźnik GWP

- ilość czynnika w układzie

- średnią emisję CO2 w procesie produkcji energii elektrycznej

- żywotność czynnika w atmosferze

22. Co to jest charakterystyka instalacji wentylacyjnej i jakie jest jej znaczenie?

Charakterystyka instalacji wentylacyjnej jest to zależność

V -objętościowe natężenie przepływu [m3/s]

r – opór właściwy instalacji

WYKRES

Opory całej instalacji są wprost proporcjonalne do kwadratu prędkości. Ma ona duże znaczenie gdyż mając daną charakterystykę możemy dla danego V odczytać

A poza tym jeśli naniesiemy na charakterystykę instalacji charakterystykę wentylatora, możemy określić punkt pracy.

23. Jak zmienia się charakterystyka instalacji po wprowadzeniu dodatkowego oporu miejscowego.?

Dodanie oporu miejscowego powoduje wzrost oporów przepływu, a zatem charakterystykę instalacji będzie bardziej stroma.

24. Jak można określić punkt pracy instalacji wentylacyjnej i współpracującego z nią wentylatora (na podstawie charakterystyk instalacji i wentylatora)?

Można go określić ’’nakładając’’ na siebie, czyli sporządzając obie charakterystyki na jednym wykresie. Punkt pracy to punkt przecięcia się obu charakterystyk.

4. Narysować schemat wykresu i-Y, zaznaczyć linie stałej wilgotności względnej, bezwzględnej, izotermy i izentalpy

10. Jak obliczyć zyski ciepła od maszyn i silników elektrycznych- przykład.

-Przy pracy maszyny napedzanej przez silnik elektryczny wydziela sie cieplo z silnika i maszyny przy czym istotne jest czy silnik i maszyna sa w tym samym czy w roznych pomieszczeniach.

-Dla obliczenia zysków ciepła konieczna jest znajomość następujących parametrów.

- moc elektryczna Ne silnika potrzebna do napędu urządzenia

- sprawność silnika wyrażająca stosunek mocy elektrycznej do mocy elektrycznej potrzebnej do napędu silnika Ne η = N_e / N_el

-przekładni η_s gdy stosowany jest napęd pasowy lub połączenie sprzęgłowe między wałem maszyny i silnikiem.

Musimy też znać : liczbę silników, sposób ich pracy(ciągły przerywany), wsp. jednoczesności wykorzystania.

Wyróżniamy maszyny robocze (np. obrabiarki) i przepływowe ( np. wentylatory pompy)

Maszyny przepływowe charakteryzujemy przez moc użyteczną:

N_u= Δp_w * V_w Δp_w- moc sprężu V_w- wydajność

14.Co decyduje o maksymalnym możliwym stopniu recyrkulacji powietrza.

Recyrkulacja powietrza- zmieszanie części powietrza wywiewanego z pomieszczenia z powietrzem zew. Jest to najtańszy sposób odzysku energii .Konieczne jest zachowanie pewnego minimalnego udziału powietrza świeżego.(min.25%)

Do utrzymania komfortowych warunków przebywania należy zapewnić:

1.odpowiednia ilość tlenu w powietrzu

2. Usunięcie (rozcieńczenie) zapachów- determinuje ilość powietrza która powinna być dostarczona

3. Utrzymywanie dopuszczalnego stężenia CO2 -nie powinno przekraczać 0,1%

21. Kryteria doboru kształtek budujących sieć wentylacyjną.

Najczęściej stosowane kształtki:

-łuki

-trójniki proste 90*

-trójniki dyfuzowe 90*

-trójniki skośne 15*, 30*, 45*

-dyfuzory

Są to kształtki zarówno dla przewodów kołowych jaki i prostokątnych.

Kształtki to elementy szczególnie narażone na działanie pyłu, zatem muszą one być wykonane z materiałów odpornych na ścieranie, jak i powinny mieć przekrój kołowy jeśli w powietrzu zawarty jest pył. Kształtki należy dobierać o takiej średnicy, aby prędkość w rurach nie były zbyt duże, gdyż ma ona ogromny wpływ na straty lokalne.

Trójniki powinny być oddalone od siebie lub od łuków co najmniej o 6d. Jeżeli stosujemy trójniki z konfuzorem to następny trójnik lub łuk może być instalowany w odległości 0,5d.

24. Jak można określić punkt pracy instalacji wentylacyjnej i współpracującego z nią wentylatora (na podstawie charakterystyk instalacji i wentylatora)?

Można go określić ’’nakładając’’ na siebie, czyli sporządzając obie charakterystyki na jednym wykresie. Punkt pracy to punkt przecięcia się obu charakterystyk.