K özponti klím atechnikai rendszerek

Szellőző- és klímaberendezések

LÉGTECHNIKA, KLÍMATIZÁLÁS

KLÍMATIZÁLÁS Klímaberendezés feladata: a szellőztetés mellett a helyiség hőmérséklet és páratartalom bizonyos határok között tartása az egész év folyamán. Klímatizálás célja: a klímatizált térben a levegő hőmérsékletét, nedvességtartalmát, összetételét és nyomását állandó értéken tartani, vagy meghatározott program szerint változtatni (meghatározott tűréssel). A klímaközpontban megvalósítható levegőkezelési folyamatok: hűtés, fűtés, nedvesítés, szárítás, (szűrés, légcsere stb.)

K özponti klím atechnikai rendszerek Levegı + víz rendszerek

Levegı rendszerek

Levegı + freon rendszerek SPLIT

hagyom ányos

nagysebességő

szabadáram ú

kényszeráram ú

M ULTISPLIT VRU rendszer

zónás

zóna nélküli

egycsatornás

kétcsatornás

klím akonvektor ventilátoros

hőtıgerenda

indukciós

A klímatechnikai rendszer részei: 1. klímaközpont 2. levegő elosztó hálózat 3. klímatizált tér Klímaberendezés (klímaközpont) általános elvi felépítése HİVISSZANYERİ

SZŐRİEGYSÉG KEVERİ KAMRA

LÉGHŐTİ

SZŐRİEGYSÉG

HANGCSILLAPÍTÓ

VENTILLÁTOR

HELYISÉG HİVISSZANYERİ

LÉGFŐTİ

KEVERİ KAMRA

LÉGNEDVESÍTİ

HANGCSILLAPÍTÓ

FOLYADÉKHŐTİGÉP

Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6.

1



A klímatizálás során a levegő állapota és összetétel megváltozik, ennek megfelelően beszélhetünk az alábbi fogalmakról: - külső vagy friss levegő: külső térből beszívott levegő, - szellőző levegő: a szellőztetett térbe belépő levegő, - távozó levegő: a klímatizált térből kilépő levegő, - visszakevert levegő: a távozó levegő egy része a külső levegővel keverve a klímatizált térbe visszajut, - kidobott levegő: a távozó levegőnek az a hányada, amelyet nem keverünk vissza. A magyar előírások alapján előírt légállapot a tartózkodási zónában a rendeltetéstől függően az alábbi paraméterekkel jellemezhető: - levegő hőmérséklet általában télen 20-22 oC, nyáron 24-26 oC, - levegő páratartalom télen 30-60% (40-55%), nyáron 40-70% (50-60%), - levegősebesség 0, 25 m/s, - frisslevegő 30-50 m3/óra A külföldi (Nyugat-Európa) méretezés során lényegesen több paramétert vesznek figyelembe, például ruházat, tevékenység, fajlagos alapterület, turbulencia fok, aszimmetrikus sugárzás, belső levegő minőségi követelmények stb. Az igényesebb tér (A) esetén a megengedett tűrések kisebbek, a feladat drágább klímatechnikai rendszerrel oldható meg. KLÍMATECHNIKAI ALAPFOGALMAK 1. A levegő fizikai tulajdonságai 1.1. A száraz levegő fizikai jellemzői Hőfok

Sűrűség

Entalpia

Fajhő állandó nyomáson

Fajhő térfogatra vonatkoztatva

Fajhő állandó térfogaton

t [oC]

ρ [kg/m3]

i [kJ/kg]

Cp [kJ/kgK]

C’p [kJ/m3K]

Cv [kJ/kgK]

- 15

1, 322

-15, 102

1, 004

1, 377

0, 715

0

1, 248

0, 000

1, 009

1, 306

0, 720

+15

1, 178

15, 168

1, 013

1, 239

0, 726

+30

1, 109

30, 404

1, 013

1, 181

0, 726

A levegő kritikus hőmérséklete ~ -141oC és kritikus nyomása ~38 bar A tengerszinten átlagosan mérhető légköri nyomás 1, 013 bar ~ 105 Pa ~ 10 mvo 1.2. A tiszta, száraz levegő összetétele %

Nitrogén

Oxigén

Argon

Szén-dioxid

Térfogatarány

78, 03

20, 99

0, 93

0, 034

Tömegarány

75, 47

23, 20

1, 28

0, 046


Hidrogén, Neon, Hélium, Kripton, Xenon

2


LÉGTECHNIKA, SZELLŐZÉS

A száraz levegőt légtechnikai szempontból egykomponensű anyagként, a nedves levegőt, pedig mint száraz levegőből és vízgőzből álló közeg-párként értelmezzük. 1.3. A nedves levegő fizikai jellemzői 1, 013 bar nyomáson Hőfok

Sűrűség

Abszolút nedvesség

Fajhő állandó nyomáson

t [oC]

ρ [kg/m3]

Xt [kg/kg]

Cp [kJ/kgK]

- 15

1, 322

0, 001

1, 004

0

1, 248

0, 004

1, 004

+15

1, 178

0, 011

1, 005

+30

1, 109

0, 028

1, 005

Abszolút nedvességtartalom: az egységnyi tömegű (mL= 1kg) száraz levegőben lévő H2O tömeget jelenti. x = nedvesség/száraz levegő [kg/kg] vagy [g/kg]. A nedves levegő két azonos nyomású és hőmérsékletű, de különböző mennyiségű és minőségű gáz keveréke. A komponensre felírva1: p= pL+pg a mérhető (abszolút) légnyomás a száraz levegő résznyomásának2 és a benne lévő vízgőz résznyomásának összege. A nedves levegőben a vízgőz résznyomása nem lehet nagyobb, mint a víz gőznyomása az adott hőmérsékleten. Például 20oC-on 1 bar nyomású levegőben a vízgőz résznyomása 23,4 mbar lehet. Ekkor a levegő vízgőzzel telített, már nem képes több gőzállapotú vizet magában tartani, a felesleg köd, vízcsepp esetleg dér3 formájában kicsapódik és túltelíti a levegőt. Amíg a vízgőz résznyomása a telítettségnél kisebb, addig a levegő vízgőzben telítetlen. Relatív páratartalom: a vízgőz résznyomás és telítési gőznyomás viszonya. (ϕ) Harmatpont: az a hőmérséklet, amelyre a telítetlen levegőt (gázt) lehűtve a benne lévő vízgőz telítetté válik. A levegő a valóságban mindig tartalmaz valamennyi vízgőzt, amely a levegővel tökéletesen diffundál, azzal keveréket alkot, ezt nevezik nedves levegőnek. Bármely tetszőleges hőmérsékletű levegő, különböző mennyiségben tartalmazhat nedvességet. A levegő telített, ha a benne lévő vízgőz résznyomása egyenlő a keverék hőmérsékletévek azonos hőmérsékletű telített vízgőz nyomásával. A telített levegő gőz alakban már nem tud több nedvességet felvenni, és ha tovább nő a nedvesség, akkor azon része kondenzálódik. Innentől túltelített levegőről beszélhetünk. A termodinamikai számításokban az1 kg tömegű száraz levegőt, mint állandót, míg az x kg tömegű vízgőzt (nedves részt) mint változót vesznek figyelembe. mvg = X [kg víz/kg levegő] mlev

1

p1= m1 R1T/V és p2= m2 R2T/V illetve a pössz=p1+p2 alapján p= pL+pg Résznyomás idegen szóval parciális nyomás. (Porció = rész!) 3 o 0 C alatt 2


3



A gyakorlatban a relatív nedvesség fogalmát használjuk. A levegő relatív nedvessége az adott t hőmérsékleten mért rész gőznyomás a t hőmérséklethez tartozó telítési gőznyomás hányadosa. (A relatív nedvesség közel azonos a relatív telítettséggel.) pvg ρvg = φ = ρvgtel pvgtel Tapasztalat, hogy nedves hőmérőn annál alacsonyabb hőmérséklet mutatkozik (olvasható le), minél kisebb a levegő légnedvessége, s így a vízgőz résznyomása a levegőben. (A legjobb, ha teljesen belemerül a folyadékba a mérőközeg rész).

0,1

50 00

5

600 0

700 0

800 0

900

0,1

0,05

55

0

10000

20000

Úgynevezett Mollier féle légállapot diagram (h-x):

0,2

1,08

50

5 11

0,3

0,4

lom r ta gta

5 10 00 40

ϕ

40

0 11

é ess

1,1

45

dv ne

sőrőség ρ ( kg/m3 )

ív lat Re

5 0,2

0,5

1,12

0,6 0 10

0,7

35 1,14

0,8

0,9

95

1,0

30 1,16

90

25

0 340

80

1,18

20

70Ental

1,2

pia

h

g) /k (kJ

0 330

kcal kJ

0 320

80

3100

60

15 1,22

70

3000

50

2900

15

10

1,24

60 2800

40

(°C) Léghımérséklet

0 350

2700

1,26

5

2600 10

1,28

0

50

30

20

2500

40

2400

10

1,3

2300

30

-5

2200

1,32

-2

0

5

20

2100

-10 1,34

2000 +2

-15

h/

1,36

10

Moliere-féle h-x diagram össznyomás 1000 mbar

0

1900

x

0

0

1

2

3

1800

) kg J/ (k

1,38

-20

-1 0

4

5

6

8

10

7

8

nedvesség x (g/kg)

0

0 1700

9

10 11

12

13 14

15

16

17 18

19

20 21

22

23 24

25 160

2

4

6

12

14

16

18

20

22

24

50 0

0 25

0

0 -25 0 -50

00 -10

0 -200

-4000

-8000

75 0

26

28 10 00

30 32 34 36 38 Parciális vízgıznyomás p (mbar) 11 00

12

00

130 0

140 0

150

0

0

* A diagramm logaritmikus léptékű, így bármennyire is furcsa, de kevésbé torzított. Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6.

4



h

Az entalpia (h) egyenesek [kJ/kg].

Telítetlen nedves levegő

ϕ = 0, 4

24 oC

ϕ=1 Telítési görbe h=45kJ/kg

0 oC

Jeges köd Instabil

ferde

A hőmérsékleti (t) [oC] vonalak csak közel vízszintesek, nem párhuzamosak (széttartanak) a ϕ = 1 telítési görbéig, itt megtörnek és ködös levegő vagy jeges köd szerint haladnak a ködmezőben. A relatív nedvességtartalom görbéi ϕ –vel jelöltek, és az adott x [g/kg] nedvességtartalom leolvasható.

Ködmező túltelített állapot

Nedves köd

vonalak

x [g/kg]

(Pontos 1 bar légköri nyomáson!) 8 g/kg

Levegő keverése levegővel Az „1” állapotú levegőt keverve a „2”állapotú levegővel kapjuk a keverés utáni légállapotot (K)

2 k

1

A keverés utáni légállapotot a h-x diagramban mindig a két állapotot összekötő egyenesen, a tömegáram aránnyal fordítottan kapjuk.

h 2

t

2

t t

1

= 10 0 %

k

hK=

m1*h1+ m2*h2 m1+m2

xK=

m1*x1+ m2*x2 m1+m2

k

h2

1 hk h1

x x 1

k

x

2

x

Levegő melegítés kaloriferrel A folyamat során a levegő nedvességtartalma változatlan, csak hőmérséklete és entalpiája növekszik. A levegő melegítéséhez szükséges hőteljesítmény: QF = m1 * (h2 – h1)

[kW]

Ahol m1 [kg/s] a levegő tömegárama


5



Levegő hűtése felületi hűtővel -

2

h

t

1 1

= 10 0 %

2 2

h rejtett

t

h érezhetı

1

t

fk

x

2

x

1

h h

A levegőkezelés keverési folyamatként is értelmezhető, ahol a belépő levegő (1) keveredik a felületi hűtőn kialakuló telített határréteggel, melynek hőmérséklete megegyezik a felületi hűtő átlagos hőmérsékletével. A szokásos 6/12oC hűtőközeg hőmérséklet esetén a hűtő szerkezeti kialakításától függően: tfk = 13~14 oC A hűtéshez szükséges hűtőteljesítmény:

1

QH = m1 * (h1 – h2) [kW] Felbontható érezhető és rejtett (latens) részre:

2

x

QHÉ = m1 * cpt (t1 – t2)

[kW]

QHR = m1 * ro (x2 – x1)

[kW]

Levegő nedvesítése nedvesítő kamrában Alapvetően a beporlasztott víz hőmérsékletétől függően eltérő levegő végállapotokat lehet elérni. 1. t, h, x növekszik: nedvesítés és melegítés 2. x, h növekszik, t csökken: nedvesítés és

látszólagos hűtés 3. t csökken, x növekszik, h állandó: adiabatikus

nedvesítés (látszólagos hűtés) 4. t, h csökken, x növekszik: hűtés és nedvesítés 5. t, h csökken, x állandó: hűtés 6. t, h, x csökken: hűtés és szárítás

A nedvesítő kamra alkalmazásának speciális esete az úgynevezett adiabatikus nedvesítés. Ekkor a nedvesítő kamra alján kialakított víztankból porlasztjuk a vizet az áramló levegőbe. A nem bepárolgó többlet beporlasztott víz ugyanide jut vissza, míg hálózatról történik a vízpótlás. Az üzem során függetlenül a kezdeti vízhőmérséklettől, beáll az egyensúlyi állapot. tvíz = t1


6



Gőzbeporlasztás

Az állapotváltozás iránya a beporlasztott gőz entalpiájával azonos. Ez annyit jelent, hogy a gőz hőmérsékletétől függően a levegő hőmérséklete kismértékben növekszik. A beporlasztott gőz tömegárama: mg = m1 * (x2 – x1) [kg/s] A gőzbeporlasztás hőteljesítmény igénye: Qg = mg * hg [kW] ahol hg = ro + cpg * t [kJ/kg]

Klímatizálási megoldások csoportosítása 1. A klímaberendezés elhelyezése alapján:

-

Helyi klímatizálás Központi klímatizálás

2. A kiszolgált tér jellege alapján: - Komfort klímaberendezés - Technológiai klímaberendezés 3. A távozó levegő visszakeverése alapján: - Frisslevegős rendszer - Elő- vagy utókeverése rendszer 4. A klímatizált helyiségbe bejuttatott hőhordozó fajtája alapján: - Levegős rendszer - Levegő és vizes rendszer 5. A szellőző levegő térfogatárama alapján: - Állandó térfogatáramú rendszer - Változó térfogatáramú rendszer 6. A rendszerben alkalmazott levegő sebessége (nyomása) alapján: - Hagyományos rendszer - Nagynyomású (nagysebességű) rendszer


7



Visszakeveréses klímaközpont elő- vagy utókeveréssel működik. Példa előkeverésre:

Jelmagyarázat: EZS SZ1 EF H

esővédő fix zsalu első szűrő fokozat előfűtő felületi hűtő

UF V1 SZ2 G V2

utófűtő ventillátor második szűrő fokozat gőzbeporlasztás ventillátor

Téli méretezési állapot

Nyári méretezési állapot


8



Levegőkezelő (klíma-) központ elemei Kalorifer (felületi hűtő)

Gőzbeporlasztó és légcsatornába szerelhető perdületes vízbeporlasztó (nedvesítő)


9



Légszűrő

Hővisszanyerők Táskás-lemezes hővisszanyerő, gazdaságossága 50-70% megvalósulási fokkal jellemezhető. A szaggatott vonal a kondenzáció mellett létrejövő állapotot szemlélteti. (Fagyveszély lehet!)

forgódob

Forgódobos hővisszanyerő Beépítése speciális légcsatorna-vezetést igényel, mert a berendezésnél találkozni kell a két légcsatornának. Az elérhető megvalósulási fok 65-90%, hő- és nedvesség-visszanyerésre is van lehetőség a távozó levegőből. (A dob 5-15 fordulatot tesz meg percenként.)


10



Hőcső

A hőátvitelhez vákuumozott bordás csöveket használnak. A csöveket olyan közeggel töltik, melynek forráspontja az üzemi hőmérséklethez tartozik. A távozó levegő hőjétől gőzzé alakul a töltet és a cső felső végéhez áramlik, ahol a külső hidegebb levegő miatt kondenzálódik. A megvalósulási fok 50-70%. Összefoglalva: a hővisszanyerők alkalmazásával a klímaközpont energiafelhasználását csökkenthetjük, üzemüket gazdaságosabbá tehetjük. Télen a távozó levegő hőmérséklete magasabb a külső levegőnél, így előmelegítésre használható. (Nyáron is alkalmazhatók, amennyiben a távozó levegő kisebb a külső levegőnél.) Jellemző szerkezeti megoldásuk: Rekuperatív: a hőátadó közegeket fal választja el. (lemezes hőcserélő, hőcső, hőszivattyú stb.) Regeneratív: jellemzője egy forgódobban kialakított hőtároló tömeg (nedvességátvitel is lehet) Klímarendszerek hűtőenergia ellátásának gazdaságossága A klímatechnikai rendszerek hűtőenergia ellátását gépi úton (dugattyús-, vagy csavarkompresszorok) kompakt hűtőgépekkel állítják elő. A hűtőteljesítmény kiválasztása többnyire a maximális teljesítmény alapján történt, de ez a teljesítmény a napnak csak kis időszakában vált szükségessé. Megoldás a hűtőenergia tárolása, így kisebb géppel ellátható a változó hűtési hőszükséglet, kedvezőbb energia ár vehető igénybe (éjszakai áram) s biztonsági tartalék üzemzavar estén. A hűtőtárolók – a termokémiai hőtárolástól eltekintve – szenzibilis vagy latens módon tárolják az energiát. A szenzibilis tárolás hűtőközeg halmazállapot-váltása (fázisváltás nélkül) történik, míg a latens a fázisváltáskor lekötött (töltés) majd felszabaduló (kisütés) energia, – ez utóbbi jelentősebb. A leggyakoribb közeg a víz, fázisváltásakor (jég – víz) elérhető tárolási sűrűség megközelítheti a 100 kW/m3 értéket. A tárolóban elhelyezett fázisváltó közeg hőcserélőn keresztül érintkezik az általában fagyállóval kevert hűtővízzel. Másik megoldás az üreges műanyaggömbökben lévő eutektikus összetételű adott kristályosodási hőmérsékletű folyadékkeverék, melyeket vizes tartályban helyeznek el. Esetenként szivattyúzható víz-jégkristály keveréket is alkalmaznak hűtőenergia tárolására.


11

K özponti klím atechnikai rendszerek

Recommend Documents