Następnie wyznaczam temperaturę powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza płynących przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobisko (obok MK).
strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK) m1, kg/s,
- całkowity strumień powietrza:
=97,5 m3/s,
- strumień powietrza płynący przez MK:
=6,5 m3/s,
- gęstość powietrza wilgotnego:
= 1,271 kg/m3,
strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną mMK, kg/s,
kg/s,
- strumień powietrza płynący przez MK:
=7,75 m3/s,
- gęstość powietrza wilgotnego:
= 1,271 kg/m3,
stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza
, kg/kg,
kg/kg,
x1(
)-stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu
nasycenia powietrza w temperaturze
:
= 0,00755 kg/kg,
xMK(
)- stopień zawilżenia powietrza:
=0,00161 kg/kg,
m1 - strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK): m1= 1,271 kg/s,
mMK - strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną :
mMK = 8,262 kg/s,
entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza
, kJ/kg,
kJ/kg,
h1 (hd)- entalpia powietrza wilgotnego h1 = 68,511kJ/kg,
hMK (hnw)- entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z maszyny klimatyza-
cyjnej hMK = 30,683kJ/kg,
m1 - strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK): m1= 1,271 kg/s,
mMK - strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną :
mMK = 8,262 kg/s,
Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza:
- entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza:
=35,272 kJ/kg,
- stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza:
=0,008694kg/kg,
Temperatura wilgotna wymieszanego strumienia powietrza:
Korzystając ze wzoru:
obliczam ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym :
(1)
gdzie:
- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza:
=110667,63 Pa,
- stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza:
=0,008694kg/kg,
Temperaturę wilgotną powietrza po zmieszaniu strumieni wyznacza się z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym w postaci:
(2)
Mając policzoną wartość ciśnienia cząstkowego pary wodnej
wzorem (1), tak dobieram temperaturę wilgotną powietrza po zmieszaniu strumieni
aby ciśnienie cząstkowe pary wodnej
obliczone dwoma wzorami (1),(2) było sobie równe. (13,44)
Wyznaczenie temperatury powietrza wilgotnego na wylocie z chodnika
odstawczego po zastosowaniu jego chłodzenia.
Wiedząc, że temperatura sucha powietrza na wypływie z chodnika odstawczego po zastosowaniu jego chłodzenia jest równa 28
mogę przystąpić do prognostycznego wyznaczenia temperatury powietrza wilgotnego na wylocie z tego wyrobiska.
Z zależności na
:
wyprowadzam wzór na stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska
gdzie:
xm - stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni: xm = 0,0126 kg/kg,
cpw - pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu: cpw=1927 J/(kg K).
cpa- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, cpa = 1005 J/(kgK),
- ciepło parowania wody w temperaturze 0 °C;
= 2500000 J/kg,
- temperatura powietrza suchego po zmieszaniu strumieni:
= 19,64
- temperatura powietrza suchego na wylocie z wyrobiska:
= 42,55
- współczynnik ciepła konwekcyjnego, wyrażający stosunek suchego do
całkowitego przejmowania strumienia ciepła przez powietrze w wyrobisku
między przekrojami:
= 0,25
Korzystając ze wzoru:
obliczam cisnienie cząstkowe pary wodnej
(1)
gdzie:
ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza na końcu wyrobiska, które wyznacza się z przybliżonego wzoru:
gdzie:
- ciśnienie statyczne bezwzględne na dopływie do
wyrobiska:
- gęstość pow. dla warunków normalnych
0,0498- dla wyrobiska w ob. ŁP przekroju 8m
- odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju
dopływu i wypływu wyrobiska, dla którego wykonuje się
prognozę temperatury powietrza:
,
B - obwód wyrobiska: B=11,392 m,
L - długość wyrobiska: L=600 m ,
A - pole przekroju: A=7,5 m2,
- prędkość średnia powietrza w przekroju:
=1 m/s,
Temperaturę wilgotną na wylocie z wyrobiska wyznaczam z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:
(2)
Mając policzoną wartość ciśnienia cząstkowego pary wodnej
wzorem (1), tak dobieram temperaturę wilgotną powietrza na wylocie z wyrobiska
aby ciśnienie cząstkowe pary wodnej
obliczone dwoma wzorami (1),(2) było sobie równe.
Dla
=18,86
jest spełniony postawiony warunek.
5.4. Obliczenie zdolności chłodniczej maszyny klimatyzacyjnej.
Zdolnością chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej jest ilość ciepła, jaką maszyna odbiera od powietrza w parowniku w jednostce czasu. Dla wyznaczenia zdolności chłodniczej MK wyznacza się różnicę entalpii powietrza przepływającego przez maszynę(między wlotem a wylotem z MK)
(kJ/kg):
(kJ/kg):
Zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej wyznacza się ze wzoru:
gdzie:
- strumień masy powietrza suchego, kg/s,
kg/s,
- strumień masy powietrza wilgotnego:
= 8,26 kg/s,
- stopień zawilżenia powietrza:
=0,0161 kg/kg,
Tab.3 ZESTAWIENIE WYNIKÓW OBLICZEŃ.
|
Chodnik odstawczy |
Ściana |
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej ppd, Pa |
2794,105 |
3923,049 |
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia ppnd, Pa |
3616,597 |
6119,658 |
Stopień zawilżenia powietrza xd, kg/kg |
0,01611 |
0,02283 |
Entalpia 1+x kg powietrza wilgotnego hd, kJ/kg |
68,511 |
95,427 |
Gęstość powietrza wilgotnego |
1,271 |
1,229 |
Strumień masy powietrza wilgotnego |
8,262 |
7,991 |
Strumień masy powietrza suchego |
8,131 |
7,813 |
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, ppnw, Pa |
1327,841 |
1935,846 |
Stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej, xnw, kg/kg |
0,0075 |
0,0011 |
Entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z MK, hnw, kJ/kg |
30,683 |
45,932 |
Strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem obok MK, |
1,271 |
1,229 |
Strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną, |
8,262 |
7,991 |
Stopień zawilżenia powietrza po zmieszaniu strumieni |
0,086 |
0,0126 |
Entalpia powietrza po zmieszaniu strumieni |
35,727 |
52,532 |
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym ppw, Pa |
1525,64 |
2205,06 |
Różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK, |
37,827 |
49,494 |
Zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej Q, kW |
307,592 |
386,714 |
Temperatura sucha = wilgotnej na wylocie z MK, tswMK=twwMK,°C |
11,179 |
16,992 |
Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza, tsm,°C |
13,340 |
19,641 |
Temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni, twm, oC |
13,10 |
19,260 |
Temperatura sucha na wypływie, tsw,°C |
28 |
28 |
Stopień zawilżenia powietrza w wyrobisku xw, kg/kg |
0,025 |
0,039 |
Temperatura wilgotna na wypływie, tww,°C |
18,862 |
19,063 |
6. Analiza warunków klimatycznych.
Dla chodnika odstawczego i ściany sprawdzono warunki klimatyczne przed i po zastosowaniu klimatyzowania powietrza. Dla określenia czy w tych wyrobiskach panują odpowiednie warunki klimatyczne zbadano zgodność wyznaczonych dla tych wyrobisk parametrów z obowiązującymi w Polsce i na świecie normami. Określono warunki klimatyczne wg norm:
polskiej,
francuskiej,
„Cuprum”,
belgijskiej,
australijskiej,
bułgarskiej,
amerykańskiej,
niemieckiej.
a) Amerykańska temperatura efektywna ATE
Amerykańska temp. efekt. ATE wg Yaglou jest najczęściej stosowanym wskaźnikiem określającym mikroklimat w miejscu pracy. Odczytuje się ją z wykresu na podstawie pomierzonych parametrów:
- temperatury powietrza termometrem suchym I wilgotnym,
- prędkości przepływu powietrza.
Wykres ATE został sporządzony na podstawie badań eksperymentalnych. Według definicji ATE jest to taka temp. nieruchomego i nasyconego powietrza, które posiada taką samą zdolność chłodzącą jak powietrze o danych pomierzonych parametrach.
ATE wykorzystywana jest do określania norm klimatycznych, między innymi w górnictwie amerykańskim i niemieckim.
W górnictwie amerykańskim:
- gdy ATE ≤ 28oC - jest dopuszczony 8h czas pracy,
- gdy 28°C < ATE ≤ 32oC - czas pracy powinien być skrócony do 6h oraz zmniejszona jej intensywność,
- gdy ATE > 32oC - praca jest zabroniona.
b) W górnictwie niemieckim:
- dopuszczalna granica pracy górników to ATE < 30oC (w wyjątkowych wypadkach 32oC),
- praca w ciągu 8h jest dopuszczalna gdy: ATE < 25oC lub ts < 28oC,
- skrócone czasy pracy obowiązują gdy: ts > 28oC lub 30oC (32oC) > ATE > 25oC.
c) Belgijska temperatura efektywna BTE
[°C]
d) Francuska temperatura zastępcza (temperatura rezultatu tr)
[°C]
gdzie: w - prędkość przepływu powietrza [m/s].
Według przepisów francuskich praca nie powinna być prowadzona gdy tr > 28oC
e) Temperatura komfortu cieplnego wg „Cuprum”
Temperatura zastępcza komfortu cieplnego wg „Cuprum” jest modyfikacją francuskiej temp. zastępczej. Określona jest wzorem:
[°C]
Dopuszczalne graniczne wartości
wynoszą:
dla pracy bardzo ciężkiej |
tzk ≤ 25°C |
dla pracy ciężkiej |
tzk ≤ 26°C |
dla pracy umiarkowanej |
tzk ≤ 28°C |
dla pracy lekkiej |
tzk ≤ 30°C |
praca zabroniona |
tzk ≤ 32°C |
Sprawdzenie norm klimatycznych.
Normy |
Chodnik odstawczy |
Ściana |
||
|
Przed klimatyzacją |
Po zastosowaniu klimatyzacji |
Przed klimatyzacją |
Po zastosowaniu klimatyzacji |
polska |
praca zabroniona |
praca 8 h |
praca zabroniona |
praca 8 h |
francuska |
praca niemożliwa tr=28,14>28,00 |
praca możliwa tr=25,25<28,00 |
praca niemożliwa tr=32,35>28,00 |
praca możliwa tr=26,62<28,00 |
cuprum |
praca lekka tzk=28,6 |
praca ciężka tzk=25,8 |
Praca zabroniona tzk=33,1 |
praca umiarkowana tzk=26,7 |
belgijska |
Praca możliwa BTE=28,35<310C |
Praca możliwa BTE=25,89<310C |
Praca zabroniona BTE=32,45>310C |
Praca możliwa BTE=27,74<310C |
australijska |
|
|
|
|
bułgarska |
|
|
|
|
amerykańska |
praca zabroniona |
praca 8 h |
praca zabroniona |
praca 8 h |
niemiecka |
praca zabroniona |
praca 8 h |
praca zabroniona |
praca 8 h |
Rys. 1. Schemat wyrobisk kopalni dla których prowadzono
prognozę temperatury powietrza.
Rys.2 Szkic rozmieszczenia urządzeń klimatyzacyjnych w wyrobiskach.
Chłodnica wody chłodzącej - skraplacz.
Tama z przejściem dla ludzi i oknem regulacyjnym.
Maszyna klimatyzacyjna.
Chłodnica powietrza (chłodziarka)
Chłodnica powietrza (chłodziarka)
21