KLIMATIZACE A PRŮMYSLOVÁ VZDUCHOTECHNIKA VYBRANÝ PŘÍKLAD KE CVIČENÍ II. (DIMENZOVÁNÍ VĚTRACÍHO ZAŘÍZENÍ BAZÉNU)
Ing. Jan Schwarzer, Ph.D. .
Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II.
1 Obsah 1
Obsah.................................................................................................................................. 2
2
Označení............................................................................................................................. 3
3
Zadání................................................................................................................................. 4
4
Řešení ................................................................................................................................. 5
5
4.1
Množství odpařené vody .................................................................................... 5
4.2
Přestup tepla mezi vodní hladinou a okolním vzduchem................................... 5
4.3
Tepelné zisky od osob ........................................................................................ 6
4.4
Prostup tepla stavebními konstrukcemi.............................................................. 6
4.5
Tepelné zisky sluneční radiací okny .................................................................. 6
4.6
Zátěž vázaným teplem........................................................................................ 6
4.7
Energetická bilance pro letní období.................................................................. 7
4.8
Energetická bilance pro zimní období................................................................ 7
4.9
Určení průtoku vzduchu pro letní období .......................................................... 7
4.10
Určení průtoku vzduchu pro zimní období ........................................................ 9
Příloha 1 (h-x diagram) .................................................................................................... 11
2/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II.
2 Označení M
hmotnostní průtok (kg/s)
Q
tepelný tok (W)
V objemový průtok (m3/s) S
plocha (m2)
c
měrná tepelná kapacita (J/kg K)
h
měrná entalpie (J/kg)
l
skupenské teplo (J/kg)
p
tlak (Pa)
pv parciální tlak vodních par (Pa) pvs parciální tlak sytých vodních par (Pa) r
měrná plynová konstanta (J/kg K)
t
teplota (°C)
x
měrná vlhkost (kg/kgs.v., g/kgs.v.)
α
součinitel přestupu tepla (J/m.K)
β
součinitel přenosu hmoty (m/h)
ρ
hustota (kg/m3)
φ
relativní vlhkost vzduchu (%, -)
Jedná se o příklad dimenzování větracího zařízení bazénu. Při řešení příkladu se předpokládají základní znalosti úprav vlhkého vzduchu.
3/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II.
3 Zadání Navrhněte parametry větracího zařízení pro letní a zimní období pro krytý prostor s veřejným bazénem. Základní okrajové podmínky výpočtu: Počet osob (n)
20
-
Vodní plocha (SHL)
80
m2
Teplota vody (tW)
28
°C
Teplota vnitřního vzduchu (ti)
31
°C
Maximální relativní vlhkost vnitřního vzduchu (ϕi)
0,60
Teplota venkovního vzduchu při letním extrému (te)
30
°C
Entalpie venkovního vzduchu při letním extrému (he)
56
kJ/kgA
Teplota venkovního vzduchu při zimním extrému (te)
-12
°C
-
Relativní vlhkost venkovního vzduchu při zimním extrému (ϕe)
1
-
Plocha oken (SW)
20
m2
Orientace oken (a)
Z
Celková intenzita sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením (Io); západní orientace, v 16.00
539
W/m2
Korekce na čistotu atmosféry (co)
-
1
Stínicí součinitel (s)
-
0,5
4/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II.
4 Řešení 4.1 Množství odpařené vody Vnitřní parametry bazénového prostoru jsou v letním a v zimním období stejné. Množství odpařené vody je proto pro obě období stejné. V následující tabulce jsou uvedeny součinitelé přenosu hmoty β (m/h) pro bazénové prostory v závislosti na charakteru provozu. V tabulce je vyznačen zadaný typ provozu:
nepoužívaný bazén βn (m/h)
používaný bazén βp (m/h)
0,7
-
Soukromý bazén
7
21
Veřejný bazén (hloubka vody > 1,35 m)
7
28
Veřejný bazén (hloubka vody < 1,35 m)
7
40
Bazén s umělými vlnami
7
50
Charakter provozu Zakrytý bazén (odpar pouze z přetokového žlábku)
Množství odpařené vody je určeno vztahem:
MW =
2⋅ β S HL ( pVS (tw) − pV (tI ,ϕ I ) ) rV ⋅ (TW + TI )
(1)
kde pVS(tW) (Pa) je parciální tlak sytých vodních par při teplotě vzduchu shodné s teplotou vody:
ln pVS ( tW ) = 23,58 −
4044, 2 ⇒ pVS ( tW ) = 3781Pa 235, 6 + tW
(2)
a pV(tI,ϕI) (Pa) je parciální tlak vodních par ve vnitřním prostoru:
pV (tI ,ϕ I ) =
pVS ( tI )
ϕI
=
4494 Pa = 2696 Pa 0, 65
(3)
Vztah (1) potom bude: M W = 24,9 kg / h = 6,9 g / s
(kg/h)
(4)
4.2 Přestup tepla mezi vodní hladinou a okolním vzduchem Přestup tepla mezi vodní hladinou a okolním vzduchem je shodný pro letní i zimní období:
Qα = α ⋅ S hl ⋅ ∆t = 10 ⋅ 80 ⋅ (31 − 28) = 2, 4kW
(5)
5/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II. 4.3 Tepelné zisky od osob Tepelné zisky od osob se uvažují pouze v létě:
Qh = n ⋅ q = 20 ⋅120 = 2, 4kW
(6)
4.4 Prostup tepla stavebními konstrukcemi Pro stanovení prostupu tepla stavebními konstrukcemi lze použít základní vztah:
Qu = Σ (U ⋅ S ⋅ ∆t )
(7)
Pro zjednodušení celého příkladu je tepelná zátěž stavebními konstrukcemi pro letní období zadána : QU(léto) = 1,0 kW a pro zimní období jsou zadány tepelné ztráty: QU(zima) = 12,0 kW
4.5 Tepelné zisky sluneční radiací okny Tepelné zisky sluneční radiací okny se uplatňují v letním období. Pro výpočet se může použít dosud platná norma ČSN 73 0548.
Výchozí vztah je
Qor = ⎡⎣ Sos ⋅ I o ⋅ co + ( So − Sos ) ⋅ I od ⎤⎦ ⋅ s
(8)
kde Sos (m2) je osluněná plocha oken, So (m2) – celková plocha oken, Io (W/m2) - celková intenzita sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením, Iod (W/m2) - intenzita difúzní sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením, co (-) - korekce na čistotu atmosféry, s (-) - stínicí součinitel. Předpokládá se oslunění celé prosklené plochy. Tepelné zisky sluneční radiací okny potom budou:
Qor = 5, 4kW
(9)
4.6 Zátěž vázaným teplem Podíl zátěže vázaným teplem je z celkové zátěže nejvýznamější. Základní vztah pro stanovení zátěže vázaným teplem (výparné teplo vody l = 2 500 kJ/kg):
Qw = M w ⋅ l
(10)
Zátěž vázaným teplem se uplatňuje v létě i v zimě a je určena:
Qw = 6,9 ⋅ 2500 ⋅103 = 17,3kW
(11)
6/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II. 4.7 Energetická bilance pro letní období Bilance celkového tepla je:
QC = ΣQi = Qh + QU (léto ) + QOR + QW − Qα = 23, 7 kW
(12)
Směrové měřítko pro letní období potom bude:
δ=
4.8
QC = 3, 43 kJ / g MW
(13)
Energetická bilance pro zimní období
QC = ΣQi = QW − Qα − QU ( zima ) = 2,9kW
(14)
Směrové měřítko pro zimní období bude:
δ=
QC = 0, 42 kJ / g MW
(15)
4.9 Určení průtoku vzduchu pro letní období Postup práce je vidět v h-x diagramu. Jednotlivé kroky jsou:
a) podle směrového měřítka určit směr změny stavu vzduchu, b) vyznačit stav vnitřního vzduchu I (ti = 31 °C), c) určit změnu měrné vlhkosti ∆x=1,3 g/kgA Nyní lze určit potřebný průtok větracího vzduchu: M=
MW 6,9 g / s = = 5,3kg / s = 15,9m3 / h ∆x 1,3 g / kg A
(16)
Pozn.: 1. Po určení průtoku venkovního vzduchu je třeba kontrolovat několik parametrů, například intenzitu výměny vzduchu I (-/h), která by neměla překročit 12 (-/h). 2. Výsledný stav vnitřního vzduchu (následující obrázek) je charakterizován teplotou ti = 31 °C, ale také relativní vlhkostí ϕi = 40 (%). Je důležité si uvědomit, že veškeré předchozí výpočty vycházely z předpokládané relativní vlhkosti ϕi = 60 (%)!. Proto je vhodné celý postup iteračně opakovat tak, aby na začátku výpočtu a na jeho konci byly ϕi (%) stejné.
7/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II. Postup práce je vidět v následujícím h-x diagramu:
8/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II. 4.10 Určení průtoku vzduchu pro zimní období Průtok vzduchu pro zimní období je dán zejména požadavkem pro odvedení vlhkostní zátěže. Podílí-li se vzduchotechnika i na krytí tepelných ztrát, je třeba určit (v závislosti na průtoku) pracovní rozdíl teplot ∆tp (K).
Hlavním cílem v zimním období je nejen určení průtoku větracího vzduchu, ale také určení výkonu ohřívače. Výkon ohřívače je závislý na uspořádání VZT jednotky (viz obrázky): Schéma vzduchotechniky s cirkulací:
Schéma vzduchotechniky se ZZT:
Schéma vzduchotechniky s cirkulací a ZZT (provozně nejvýhodnější sestava):
9/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II. Na následujícím obrázku je vidět znázornění změn stavu vzduchu pro zimní období s cirkulací a s předehřevem:
Postup práce je vidět v h-x diagramu. Jednotlivé kroky jsou: a) zakreslení stavu venkovního vzduchu te a stavu vnitřního vzduchu ti., b) dle tepelných ztrát stanovení teploty přiváděného vzduchu tp, ∆t p =
QU ( zima ) c ⋅V ⋅ ρ
(17)
Přesné umístění teploty přiváděného vzduchu na h-x diagramu se provede na průsečíku přímky směrového měřítka procházející bodem teploty ti a vypočtené teploty tp. c) stanovení teploty vzduchu po předehřevu tpř, d) V souladu se základními úpravami vlhkého vzduchu, konkrétně s ohřevem, je průbeh změny stavu vzduchu v h-x diagramu kolmý. Přesné údaje jsou k dispozici o stavu venkovního vzduchu te, stavu vnitřního vzduchu ti a stavu přiváděného vzduchu tp. Směr změny stavu vzduchu při ohřevu musí směřovat do bodu tp. Stav vzduchu po smísení SM se získá právě z průsečíku: a) přímky změny stavu vzduchu při ohřevu, b) úsečky propojující mísící se stavy vzduchu, e) ze stanoveného bodu stavu po smísení je možné určit poměr směšování.
10/11
Klimatizace a průmyslová vzduchotechnika - Vybraný příklady ke cvičení II.
5 Příloha 1 (h-x diagram)
11/11
