Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie |
---|
Ćwiczenie nr 1: Wyznaczanie charakterystyki wymiennika krzyżowego. |
Wentylacja i klimatyzacja, ćwiczenia laboratoryjne. Prowadzący: dr inż. Rafał Łuczak |
Wykonali: Paweł Sobczak Rafał Kramer |
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii kierunek: Inżynierii Środowiska studia zaoczne, rok III, semestr VI, grupa 2 |
Data wykonania ćwiczenia: 22 czerwiec 2014r. |
2. Wzory i przykładowe obliczenia. 3
2.1. Gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym. 3
2.3. Wilgotność względna powietrza ϕ wywiewanego i zewnętrznego. 3
2.4. Średnia prędkość powietrza w przekroju odcinka pomiarowego. 4
2.5. Strumień powietrza wywiewanego i zewnętrzne. 4
2.6. Średnia temperatura powietrza zewnętrznego i wywiewanego z pomieszczenia. 4
2.7. Temperatura punktu rosy. 5
2.8. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia. 5
2.9. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej. 5
2.10. Wilgotność właściwa powietrza. 5
2.11. Masowy strumień powietrza. 6
2.12. Masowy strumień powietrza suchego. 6
2.13. Entalpia właściwa powietrza. 6
2.14. Ilość odzyskanego ciepła. 6
2.15. Sprawność temperaturowa odzysku ciepła. 7
2.16. Sprawność całkowita odzysku ciepła. 7
3. Pomiary i wyniki obliczeń. 7
3.1. Parametry powietrza na stanowisku pomiarowym. 7
3.2. Wielkości zmierzone i obliczone. 8
4.1. Wykres sprawności temperaturowej wymiennika w funkcji czasu, f(t)=η. 10
4.2. Wykres sprawności całkowitej wymiennika w funkcji czasu, f(t)=ηc. 11
4.3. Wykres sprawności średniej w funkcji ustawień obrotów wentylatorów. 12
4.4. Wykres zmiany temperatury powietrza w funkcji czasu. 12
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie sprawności temperaturowej krzyżowego wymiennika ciepła oraz sporządzenie odpowiednich wykresów zmienności temperatury strumieni powietrza po przejściu przez wymiennik współpracujący z instalacją klimatyzacyjną.
$$\rho = \frac{0,003484}{T_{s}} \bullet \left( p - 0,378 \bullet p_{w} \right),\ \lbrack kg/m^{3}\rbrack,$$
gdzie:
Ts – temperatura sucha na stanowisku pomiarowym, [K],
p – ciśnienie atmosferyczne powietrza, [Pa], p=989,1hPa,
pw – ciśnienie cząstkowe (prężności) pary wodnej w powietrzu, [Pa].
pw = pwn − 6, 77 • 10−4 • (ts−tw) • p, [Pa],
gdzie:
pwn – ciśnienie cząstkowe (prężności) pary wodnej nasyconej, [Pa],
ts – temperatura sucha na stanowisku pomiarowym, [°C], ts=22,8°C,
tw – temperatura wilgotna na stanowisku pomiarowym, [°C], tw=17,2°C,.
$$p_{\text{wn}} = {610,6 \bullet 10}^{\frac{7,5 \bullet t_{w}}{237,29 + t_{w}}},\ \left\lbrack \text{Pa} \right\rbrack.$$
Wobec powyższego:
$$p_{\text{wn}} = {{610,6 \bullet 10}^{\frac{7,5 \bullet t_{w}}{237,29 + t_{w}}} = 610,6 \bullet 10}^{\frac{7,5 \bullet 17,2}{237,29 + 17,2}} = 1961,79\ Pa.$$
pw = pwn − 6, 77 • 10−4 • (ts−tw) • p = 1961, 79 − 6, 77 • 10−4 • (22,8−17,2) • 98910 = 1586, 8 Pa.
$$\rho = \frac{0,003484}{T_{s}} \bullet \left( p - 0,378 \bullet p_{w} \right) = \frac{0,003484}{295,95} \bullet \left( 98910 - 0,378 \bullet 1586,8 \right) = 1,16\ kg/m^{3}.$$
Ciśnienie dynamiczne pd odczytywane jest z przetwornika ciśnienia. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli pkt.4.2.
Wilgotność względna powietrza w kanele wywiewanym (φ2) i kanale powietrza zewnętrznego (φ3) odczytywana jest bezpośrednio z miernika cyfrowego. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli pkt.4.2.
$$v_{sr} = 0,817\sqrt{\frac{2 \bullet p_{d}}{\rho}},\ \lbrack m/s\rbrack,$$
gdzie:
pd – ciśnienie dynamiczne, [Pa],
ρ – gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym, [kg/m3], ρ=1,16 kg/m3.
Wobec powyższego:
$$v_{sr2} = 0,817\sqrt{\frac{2 \bullet p_{d2}}{\rho}} = 0,817\sqrt{\frac{2 \bullet 4,4}{1,16}} = 2,25\ m/s,$$
$$v_{sr3} = 0,817\sqrt{\frac{2 \bullet p_{d3}}{\rho}} = \sqrt{\frac{2 \bullet 9,1}{1,16}} = 3,24\ m/s.$$
$$\dot{V} = v_{sr} \bullet F,\ \lbrack m^{3}/s\rbrack,$$
gdzie:
F – pole przekroju poprzecznego przewodu doprowadzającego powietrze do wymiennika, [m2],
$$F = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4},\ \left\lbrack m^{2} \right\rbrack,$$
gdzie:
d2, d3 – średnica przewodu, [m], d=0,1m.
Wobec powyższego:
$$F_{2} = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4} = \frac{3,14 \bullet {0,1}^{2}}{4} = 0,0079\text{\ m}^{2},$$
$$F_{3} = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4} = \frac{3,14 \bullet {0,1}^{2}}{4} = 0,0079\text{\ m}^{2},$$
$$\dot{V_{2}} = v_{sr2} \bullet F = {2,25 \bullet 0,0079 = 0,018\ m}^{3}/s,$$
$$\dot{V_{3}} = v_{sr3} \bullet F = {3,24 \bullet 0,0079 = 0,025\ m}^{3}/s.$$
$$t_{sr} = \frac{t_{3} + t_{2}}{2},\ \left\lbrack C \right\rbrack,$$
gdzie:
t3 – temperatura powietrza zewnętrznego, [°C],
t2 – temperatura powietrza wywiewanego, [°C].
Wobec powyższego:
$$t_{sr} = \frac{t_{3} + t_{2}}{2} = \frac{15,2 + 32,3}{2} = 23,75\ C.$$
$$t_{R} = \left( 109,8 + t_{2} \right) \bullet \left( \frac{\varphi_{2}}{100} \right)^{0,125} - 109,8,\ \left\lbrack C \right\rbrack,$$
gdzie:
φ2 – wilgotność względna powietrza wywiewanego, [%],
Wobec powyższego:
$$t_{R2} = \left( 109,8 + t_{2} \right) \bullet \left( \frac{\varphi_{2}}{100} \right)^{0,125} - 109,8 = \left( 109,8 + 32,3 \right) \bullet \left( \frac{33,7}{100} \right)^{0,125} - 109,8 = 14,24C.$$
$$p_{\text{wn}}\left( t_{s} \right) = 610,6 \bullet 10^{\frac{7,5 \bullet t_{s}}{237,29 + t_{s}}},\ \left\lbrack \text{Pa} \right\rbrack.$$
Wobec powyższego:
$$p_{wn1}\left( t_{1} \right) = 610,6 \bullet 10^{\frac{7,5 \bullet t_{1}}{237,29 + t_{s}}} = 610,6 \bullet 10^{\frac{7,5 \bullet 21}{237,29 + 32,3}} = 2486,2\ Pa,$$
$$p_{wn2}\left( t_{2} \right) = 610,6 \bullet 10^{\frac{7,5 \bullet t_{2}}{237,29 + t_{s}}} = 610,6 \bullet 10^{\frac{7,5 \bullet 32,3}{237,29 + 32,3}} = 4834,41\ Pa,$$
$$p_{wn3}\left( t_{3} \right) = 610,6 \bullet 10^{\frac{7,5 \bullet t_{3}}{237,29 + t_{s}}} = 610,6 \bullet 10^{\frac{7,5 \bullet 15,2}{237,29 + 15,2}} = 1726,87\ Pa.$$
pw = φ • pwn, [Pa].
Wobec powyższego:
$$p_{w2} = \varphi_{2} \bullet p_{wn2} = \frac{33,7}{100} \bullet 4834,41 = 1629,2\ Pa,$$
$$p_{w3} = \varphi_{3} \bullet p_{wn3} = \frac{50,9}{100} \bullet 1726,87 = 878,98\ Pa.$$
W wymienniku krzyżowym nie zachodzi wymiana wilgoci pomiędzy strumieniami powietrza, ponieważ strumienie te nie mieszają się ze sobą, wobec tego wartość wilgotności względnej powietrza φ1=φ3, więc:
$$p_{w1} = \varphi_{3} \bullet p_{wn1} = \frac{50,9}{100} \bullet 2486,2 = 1265,48\ Pa,$$
$$x = 0,622\frac{p_{w}}{p - p_{w}},\ \lbrack kg/kg\rbrack,$$
Wobec powyższego:
$$x_{1} = 0,622\frac{p_{w1}}{p - p_{w1}} = 0,622\frac{1265,48\ }{98910 - 1265,48\ \ } = 0,0081\ kg/kg.$$
$$x_{2} = 0,622\frac{p_{w2}}{p - p_{w2}} = 0,622\frac{1629,20\ }{98910 - 1629,20\ } = 0,0104kg/kg,$$
$$x_{3} = 0,622\frac{p_{w3}}{p - p_{w3}} = 0,622\frac{878,98}{98910 - 878,98} = 0,0056\ kg/kg.$$
$$\dot{m} = \dot{V} \bullet \rho,\ \lbrack kg/s\rbrack,$$
$$\rho = \frac{p \bullet (1 + x)}{462 \bullet (0,622 + x) \bullet T},\ \lbrack kg/m^{3}\rbrack.$$
Wobec powyższego:
$$\rho_{2} = \frac{p \bullet (1 + x_{2})}{462 \bullet (0,622 + x_{2}) \bullet T_{2}},\ = \frac{98910 \bullet (1 + 0,0104\ )}{462 \bullet \left( 0,622 + 0,0104\ \right) \bullet (32,3 + 273,15)} = \ = 1,1198\frac{\text{kg}}{m^{3}},$$
$$\rho_{3} = \frac{p \bullet (1 + x_{3})}{462 \bullet (0,622 + x_{3}) \bullet T_{3}},\ = \frac{98910 \bullet (1 + 0,0056)}{462 \bullet (0,622 + 0,0056) \bullet (15,2 + 273,15)} = \ = 1,1897\ kg/m^{3},$$
$$\dot{m_{2}} = \dot{V_{2}} \bullet \rho_{2} = 0,018 \bullet 1,1195\ = 0,02\ kg/s,$$
$$\dot{m_{3}} = \dot{V_{3}} \bullet \rho_{3} = 0,025 \bullet 1,1901 = 0,03\ kg/s.$$
$$\dot{m_{\text{ps}}} = \frac{\dot{m}}{1 - x},\ \lbrack kg/s\rbrack.$$
Wobec powyższego:
$$\dot{m_{ps2}} = \frac{{\dot{m}}_{2}}{1 - x_{2}} = \frac{0,02}{1 - 0,0104} = 0,02\ kg/s,$$
$$\dot{m_{ps3}} = \frac{{\dot{m}}_{3}}{1 - x_{3}} = \frac{0,03}{1 - 0,0056} = 0,0304\ kg/s.$$
h = 1, 005 • t + x • (1,84•t+2501), [kJ/kg].
Wobec powyższego:
h1 = 1, 005 • t1 + x1 • (1,84•t1+2501) = 1, 005 • 21, 0 + 0, 0081 • (1,84•21,0+2501) = 41, 58 kJ/kg,
h2 = 1, 005 • t2 + x2 • (1,84•t2+2501) = 1, 005 • 32, 3 + 0, 0104 • (1,84•32,3+2501) = 59, 13 kJ/kg,
h3 = 1, 005 • t3 + x3 • (1,84•t3+2501) = 1, 005 • 15, 2 + 0, 0056 • (1,84•15,2+2501) = 29, 38 kJ/kg,
$$Q = \dot{m_{\text{ps}}}\left( h_{1} - h_{3} \right),\lbrack kJ/s\rbrack,$$
gdzie:
h1 – entalpia właściwa powietrza nawiewanego do pomieszczenia, [kJ/kg],
h3 – entalpia właściwa powietrza zewnętrznego, [kJ/kg].
Z uwagi na znikome różnice w wartościach masowych strumieni powietrza suchego $\dot{m_{ps2}}$ i $\dot{m_{ps3}}$ do dalszych obliczeń korzystamy z wartości $\dot{m_{ps2}}$, wobec powyższego:
$$Q = \dot{m_{ps2}}\left( h_{1} - h_{3} \right) = 0,02 \bullet \left( 41,58 - 29,38 \right) = 0,24422\ kJ/s.$$
$$\eta = \frac{t_{1} - t_{3}}{t_{2} - t_{3}} \bullet 100\%,\ \left\lbrack \% \right\rbrack.$$
Wobec powyższego:
$$\eta = \frac{t_{1} - t_{3}}{t_{2} - t_{3}} \bullet 100\% = \frac{21,0 - 15,2}{32,3 - 15,2} \bullet 100\% = 33,92\ \%.$$
$$\eta_{c} = \frac{h_{1} - h_{3}}{h_{2} - h_{3}} \bullet 100\%,\ \left\lbrack \% \right\rbrack.$$
Wobec powyższego:
$$\eta_{c} = \frac{h_{1} - h_{3}}{h_{2} - h_{3}} \bullet 100\% = \frac{41,58 - 29,38}{59,13 - 29,38} \bullet 100\% = 40,99\ \%.$$
Temperatura powietrza na stanowisku pomiarowym | Ciśnienie powietrza |
Gęstość powietrza |
---|---|---|
sucha | wilgotna | |
ts | tm | p |
[°C] | [K] | [°C] |
22,8 | 295,95 | 17,2 |
L.p. | Temperatura powietrza | Temp. pkt. rosy |
Wilgotność względna |
Ciś. cząstkowe pary wodnej w st. nasyc. |
Ciś. cząstkowe pary wodnej |
Wilgotność właściwa |
Gęstość powietrza |
|
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
t1 | t2 | t3 | tśr(2,3) | t4 | tR2 | tR3 | ||
°C | °C | [%] | [Pa] | [Pa] | [kg/kg] | [kg/m3] | ||
Minimalne obroty | 1. | 21,0 | 32,3 | 15,2 | 23,8 | 26,5 | 14,24 | 5,08 |
2. | 21,0 | 32,3 | 15,2 | 23,8 | 26,5 | 14,14 | 5,08 | |
3. | 21,0 | 32,4 | 15,1 | 23,8 | 26,5 | 14,14 | 4,99 | |
4. | 21,0 | 32,5 | 15,1 | 23,8 | 26,6 | 14,18 | 4,96 | |
5. | 21,0 | 32,5 | 15,1 | 23,8 | 26,6 | 14,23 | 5,05 | |
6. | 21,0 | 32,6 | 15,1 | 23,9 | 26,7 | 14,17 | 5,10 | |
7. | 21,1 | 32,7 | 15,1 | 23,9 | 26,7 | 14,31 | 5,10 | |
8. | 21,1 | 32,8 | 15,2 | 24,0 | 26,8 | 14,35 | 5,25 | |
9. | 21,2 | 32,9 | 15,2 | 24,1 | 26,9 | 14,34 | 5,36 | |
10. | 21,2 | 33,0 | 15,2 | 24,1 | 26,9 | 14,24 | 5,17 | |
11. | 21,4 | 32,9 | 15,5 | 24,2 | 27,2 | 14,53 | 5,39 | |
12. | 21,9 | 32,9 | 15,8 | 24,4 | 27,6 | 14,48 | 5,55 | |
Normalne obroty | 1. | 22,4 | 33,0 | 16,0 | 24,5 | 28,0 | 14,38 | 6,81 |
2. | 22,9 | 33,2 | 16,2 | 24,7 | 28,4 | 14,41 | 6,91 | |
3. | 23,1 | 33,2 | 16,3 | 24,8 | 28,7 | 14,60 | 6,98 | |
4. | 23,3 | 33,3 | 16,4 | 24,9 | 28,8 | 14,54 | 6,99 | |
5. | 23,3 | 33,8 | 16,2 | 25,0 | 28,9 | 14,93 | 6,31 | |
6. | 22,8 | 34,5 | 15,6 | 25,1 | 28,8 | 15,10 | 6,38 | |
7. | 22,6 | 34,8 | 15,5 | 25,2 | 28,8 | 15,11 | 6,45 | |
8. | 22,6 | 35,0 | 15,4 | 25,2 | 28,9 | 15,08 | 6,33 | |
9. | 22,5 | 35,1 | 15,4 | 25,3 | 28,9 | 15,11 | 6,33 | |
10. | 22,5 | 35,2 | 15,4 | 25,3 | 28,9 | 15,20 | 6,38 | |
11. | 22,5 | 35,2 | 15,4 | 25,3 | 28,9 | 15,20 | 6,49 | |
12. | 22,5 | 35,3 | 15,4 | 25,4 | 29,0 | 15,18 | 6,38 | |
Maksymalne obroty | 1. | 23,1 | 35,4 | 15,5 | 25,5 | 29,1 | 14,80 | 7,94 |
2. | 24,0 | 35,6 | 15,9 | 25,8 | 29,7 | 14,97 | 8,15 | |
3. | 24,4 | 35,7 | 16,1 | 25,9 | 29,9 | 14,90 | 8,24 | |
4. | 24,6 | 35,8 | 16,1 | 26,0 | 30,1 | 14,98 | 8,21 | |
5. | 24,7 | 35,8 | 16,2 | 26,0 | 30,2 | 14,82 | 8,21 | |
6. | 25,0 | 35,9 | 16,7 | 26,3 | 30,4 | 14,85 | 8,90 | |
7. | 25,5 | 35,9 | 17,4 | 26,7 | 30,8 | 14,74 | 8,95 | |
8. | 25,7 | 35,8 | 17,6 | 26,7 | 30,9 | 14,77 | 9,09 | |
9. | 25,8 | 35,8 | 17,6 | 26,7 | 31,0 | 14,71 | 9,03 | |
10. | 25,9 | 35,8 | 17,5 | 26,7 | 31,0 | 14,77 | 8,97 | |
11. | 25,9 | 35,7 | 17,5 | 26,6 | 31,0 | 14,68 | 8,97 | |
12. | 25,9 | 35,6 | 17,5 | 26,6 | 31,0 | 14,65 | 8,94 |
L.p. | Ciśnienie dynamiczne |
Prędkość powietrza |
Wydatek przepływu powietrza |
Wydatek masowy powietrza |
Wydatek masowy pow. suchego |
Entalpia | Strumień ciepła |
Spraw- ność temp. |
Spraw- ność całk. |
|
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
pd2 | pd3 | vśr2 | vśr3 | V2 | V3 | ṁ2 | ṁ3 | ṁps2 | ||
[Pa] | [m/s] | [m3/s] | [kg/s] | [kg/s] | [kJ/kg] | [kJ/s] | [%] | [%] | ||
Minimalne obroty | 1. | 4,40 | 9,10 | 2,25 | 3,24 | 0,018 | 0,025 | 0,020 | 0,030 | 0,0200 |
2. | 3,60 | 9,20 | 2,04 | 3,26 | 0,016 | 0,026 | 0,018 | 0,030 | 0,0181 | |
3. | 3,00 | 9,00 | 1,86 | 3,22 | 0,015 | 0,025 | 0,016 | 0,030 | 0,0165 | |
4. | 3,10 | 8,20 | 1,89 | 3,08 | 0,015 | 0,024 | 0,017 | 0,029 | 0,0168 | |
5. | 5,20 | 8,30 | 2,45 | 3,09 | 0,019 | 0,024 | 0,022 | 0,029 | 0,0218 | |
6. | 5,70 | 8,10 | 2,56 | 3,06 | 0,020 | 0,024 | 0,023 | 0,029 | 0,0228 | |
7. | 4,90 | 8,40 | 2,38 | 3,11 | 0,019 | 0,024 | 0,021 | 0,029 | 0,0211 | |
8. | 4,00 | 8,30 | 2,15 | 3,09 | 0,017 | 0,024 | 0,019 | 0,029 | 0,0191 | |
9. | 3,10 | 7,60 | 1,89 | 2,96 | 0,015 | 0,023 | 0,017 | 0,028 | 0,0168 | |
10. | 2,90 | 8,60 | 1,83 | 3,15 | 0,014 | 0,025 | 0,016 | 0,029 | 0,0162 | |
11. | 8,70 | 7,70 | 3,17 | 2,98 | 0,025 | 0,023 | 0,028 | 0,028 | 0,0281 | |
12. | 9,10 | 7,20 | 3,24 | 2,88 | 0,025 | 0,023 | 0,028 | 0,027 | 0,0287 | |
Normalne obroty | 1. | 21,20 | 17,30 | 4,95 | 4,47 | 0,039 | 0,035 | 0,043 | 0,042 | 0,0439 |
2. | 21,00 | 17,30 | 4,92 | 4,47 | 0,039 | 0,035 | 0,043 | 0,042 | 0,0436 | |
3. | 20,70 | 16,80 | 4,89 | 4,40 | 0,038 | 0,035 | 0,043 | 0,041 | 0,0433 | |
4. | 20,60 | 17,50 | 4,87 | 4,49 | 0,038 | 0,035 | 0,043 | 0,042 | 0,0432 | |
5. | 15,40 | 17,30 | 4,21 | 4,47 | 0,033 | 0,035 | 0,037 | 0,042 | 0,0373 | |
6. | 15,30 | 16,80 | 4,20 | 4,40 | 0,033 | 0,035 | 0,037 | 0,041 | 0,0371 | |
7. | 14,50 | 16,70 | 4,09 | 4,39 | 0,032 | 0,034 | 0,036 | 0,041 | 0,0361 | |
8. | 13,40 | 16,50 | 3,93 | 4,36 | 0,031 | 0,034 | 0,034 | 0,041 | 0,0346 | |
9. | 13,60 | 16,80 | 3,96 | 4,40 | 0,031 | 0,035 | 0,035 | 0,041 | 0,0349 | |
10. | 14,40 | 16,70 | 4,08 | 4,39 | 0,032 | 0,034 | 0,035 | 0,041 | 0,0359 | |
11. | 15,00 | 16,20 | 4,16 | 4,32 | 0,033 | 0,034 | 0,036 | 0,040 | 0,0366 | |
12. | 14,50 | 16,20 | 4,09 | 4,32 | 0,032 | 0,034 | 0,036 | 0,040 | 0,0360 | |
Maksymalne obroty | 1. | 45,60 | 40,80 | 7,25 | 6,86 | 0,057 | 0,054 | 0,063 | 0,064 | 0,0638 |
2. | 45,00 | 41,10 | 7,20 | 6,89 | 0,057 | 0,054 | 0,063 | 0,064 | 0,0634 | |
3. | 45,00 | 40,80 | 7,20 | 6,86 | 0,057 | 0,054 | 0,063 | 0,064 | 0,0633 | |
4. | 46,90 | 40,80 | 7,36 | 6,86 | 0,058 | 0,054 | 0,064 | 0,064 | 0,0646 | |
5. | 46,90 | 40,80 | 7,36 | 6,86 | 0,058 | 0,054 | 0,064 | 0,064 | 0,0646 | |
6. | 48,00 | 39,80 | 7,44 | 6,78 | 0,058 | 0,053 | 0,065 | 0,063 | 0,0654 | |
7. | 47,80 | 40,80 | 7,43 | 6,86 | 0,058 | 0,054 | 0,065 | 0,064 | 0,0652 | |
8. | 46,40 | 40,90 | 7,32 | 6,87 | 0,057 | 0,054 | 0,064 | 0,064 | 0,0643 | |
9. | 45,10 | 41,00 | 7,21 | 6,88 | 0,057 | 0,054 | 0,063 | 0,064 | 0,0634 | |
10. | 47,10 | 45,00 | 7,37 | 7,20 | 0,058 | 0,057 | 0,064 | 0,067 | 0,0648 | |
11. | 48,80 | 41,40 | 7,50 | 6,91 | 0,059 | 0,054 | 0,065 | 0,064 | 0,0660 | |
12. | 49,80 | 39,30 | 7,58 | 6,73 | 0,060 | 0,053 | 0,066 | 0,062 | 0,0667 |
Obroty wentylatora | |
---|---|
min. | |
0 | |
ηc | 41,00 |
Analizując wykres sprawności temperaturowej wymiennika w zależności od ustawień obrotów wentylatora zauważamy, że najwyższą sprawność wymiennik osiągnął przy maksymalnych obrotach wentylatora – od początku pracy, aż do ostatniej minuty. Można wyciągnąć z tego prosty wniosek, że im dłużej pracuje wymiennik i im wyższe obroty wentylatora, tym wyższą osiąga sprawności. Niestety, jeżeli przyjrzymy się zarejestrowanym wartościom temperatur powietrza zewnętrznego t3 zauważymy, że w miarę upływu czasu t3 rośnie, w przeciwieństwie do przypadków, gdy obroty wentylatora, ustawione były na minimalne i normalne (temp. utrzymywały się na mniej więcej jednym, niższym poziomie). Pierwsze wartości temp. pow. zewn. przy maksymalnych obrotach i minimalnych są bardzo zbliżone (16 i 15,5°C) oraz ostatnie dla minimalnych i normalnych obrotów, również są podobne (15,8 i 15,4°C). Dla podanych przykładów wartości sprawności temperaturowej, mimo różnych obrotów wentylatora osiągnęły podobne wartości (37,65 i 38,19% oraz 35,67 i 35,68%). Wynika z tego, że sprawność temperaturowa wymiennika zależy od parametrów powietrza zewnętrznego – im wyższa jego temperatura, tym wyższa sprawność temperaturowa. Nie wpływa na nią; ani czas pracy wymiennika, ani prędkość przepływu powietrza przez wymiennik.
Wykresy sprawności całkowitych, w funkcji czasu, z podziałem na prędkości obrotowe wentylatora wskazują na to, że największe wartości sprawności wymiennika osiągnięto, gdy obroty wentylatora były ustawione na maksymalne. Najniższe wartości sprawności wykazywał wymiennik przy minimalnych obrotach wentylatora. Zwracając uwagę na pierwszy pomiar temperatur powietrza zewnętrznego t3, przy obrotach minimalnych i maksymalnych widać, że są one niemal te same (15,2 i 15,5°C), a wartości sprawności całkowitej są różne (40,99 i 60,25%). Związane jest to z większą prędkością obrotową wentylatora oraz wyższą entalpią powietrza, która z kolei związana jest z wyższą wilgotnością względną powietrza zewnętrznego.
Większa prędkość obrotowa wentylatora powoduje zwiększenie prędkości przepływu powietrza przez wymiennik, a co za tym idzie dostarcza większą ilość ciepła (z powietrza wywiewanego z pomieszczenia) do odzysku. Nie oznacza to tego, że przy dalszym zwiększaniu prędkości obrotowej wentylatora – prędkości przepływu powietrza, sprawność będzie dalej rosła. Prawdopodobnie osiągnie swoją wartość graniczną i zacznie spadać, będzie zbyt duża by „dokładnie” owiewać kanaliki (płyty) w wymienniku.
Mimo tego, że w wymienniku krzyżowym nie zachodzi wymiana wilgoci i strumienie powietrza się nie mieszają, wyżej wspomniano, że jeżeli powietrze ma wyższą entalpię (wilgotności względną) wymiennik osiąga wyższe sprawności. Tłumaczy to fakt, że podczas procesu odzysku ciepła wykorzystywana jest kondensacja pary wodnej – w wyniku kondensacji pary wodnej wydziela się dodatkowe ciepło. Więc, im wyższa wilgotność względna i entalpia, to podczas kondensacji pary wodnej wydzieli się więcej wody i więcej dodatkowego ciepła.
Przy maksymalnych obrotach wentylatora, wartości zawartości wilgoci (entalpie) i temperatura powietrza zewnętrznego były największe – stąd najwyższe wartości sprawność całkowitej.
Reasumując, największy wpływ na sprawność całkowitą wymiennika miała temperatura powietrza zewnętrznego, a dodatkowymi parametrami wpływającymi na jej wzrost była entalpia oraz prędkość obrotowa.
Wykresy temperatur w czasie wykazują trend wzrostowy i potwierdzają wnioski wyciągnięte z pierwszego wykresu, tzn. sprawność temperaturowa wymiennika zależy głównie od parametrów powietrza zewnętrznego. Na wysokość temperatury powietrza nawiewanego do pomieszczenia ma większy wpływ wartość temperatury powietrza zewnętrznego niż wywiewanego. Na wykresie, między około 28 minutą, a 35 pracy wymiennika, widzimy, że temperatura powietrza zewnętrznego rośnie, a wywiewanego nieznacznie maleje, mimo to wartość powietrza nawiewanego do pomieszczenia również rośnie.
Należy dodać, w kwestii technicznej, że pomiary parametrów powietrza do obliczeń zaczęliśmy notować od 19-stej minuty pracy wymiennika i programu komputerowego. Stąd różnica w wartościach minut na wykresach temperatur i sprawności. 19-sta minuta pracy wymiennika na wykresie temperatur jest pierwszą minutą na wykresie sprawności i zanotowaną przez grupę. Nie ma to żadnego znaczenia na wartości wyliczone oraz przebiegi wykresów.
Ostatnie dwa wykresy przedstawiają zestawienie wartości temperatur zanotowanych przez grupę oraz zarejestrowanych przez komputer. Osobny wykres dla temperatur powietrza wywiewanego i osobny dla powietrza zewnętrznego. Na wykresach przedstawiono również wartości odchyleń standardowych: dla obu serii pomiarów temperatury powietrza wywiewanego z pomieszczenia odchylenie standardowe wynosi 2,0871, natomiast odchylenie standardowe dla wartości temperatur powietrza zewnętrznego wynosi 2,3667. Wartości błędów wynikają z zastosowania dwóch, różnego rodzaju czujników oraz z tego, że rejestracja „komputerowa” oraz prowadzona przez grupę nie była wykonana dokładnie w tym samym czasie (tej samej sekundzie).