VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Energetický ústav

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Energetický ústav

Ing. Marian Formánek

VÝVOJ ENERGETICKY ÚSPORNÝCH CHLADICÍCH ZAŘÍZENÍ DEVELOPMENT OF ENERGY SAVING COOLING EQUIPMENT

Zkrácená verze Ph.D. Thesis

Obor:

Konstrukční a procesní inženýrství

Školitel:

Doc. Ing. Milan Pavelek, CSc.

Oponenti:

Doc. Ing. Zdeněk Kratochvíl, Csc. Ing. Stanislav Patočka Ph.D.

Datum obhajoby: 31.10.2008

Klíčová slova: chladicí faktor, odpadní teplo, akumulační výměník, energetický přínos

Keywords: cooling factor, waste heat energy, accumulative exchanger, energy asset

Místo uložení práce: Areálová knihovna FSI VUT v Brně Technická 2.

© Marian Formánek, 2008 ISBN 978-80-214-3798-2 ISSN 1213-4198

Obsah: 1. 2. 3. 4.

Úvod ………………………………………………………………………………………..5 Současný stav řešené problematiky…… …………………………………………………5 Cíle disertační práce ………………………………………………………………………6 Základy cyklů kompresorových chladicích zařízení odpařovacích ……………………….6 4.1 Energetické hodnocení cyklů chladicích zařízení …………………………………….6 4.2 Teoretický cyklus kompresorového chladicího zařízení odpařovacího ….……………6 4.3 Možnosti snižování energetické náročnosti chlazení ………………………………...7 5. Chladiva kompresorových chladicích zařízení ………………………….…………………8 5.1 Přehled nejpoužívanějších chladiv …………………………………….………………8 5.2 Doporučení chladiv pro různé aplikace ……………………………………..…………8 6. Konstrukce energeticky úsporných chladicích zařízení…………………………………..10 6.1 Tepelné izolace v chladicí technice…………………………………………………..10 6.2 Optimální dimenzování spojovacího potrubí…………………………………………11 6.3 Intenzivní chlazení sprchováním srážníků……………………………………………13 6.3.1 Experimentální ověření sprchování srážníků………………………………….13 7. Využití odpadního tepla z chlazení ……………………………………………………….16 7.1 Využití odpadního tepla z chlazení za pomocí výměníku zapojeného paralelně …...16 7.1.1 Teoretický rozbor paralelního zapojení ……………………………………….16 7.1.2 Experimentální ověření paralelního zapojení …………………………………18 7.2 Využití odpadního tepla z chlazení za pomocí výměníku zapojeného do série …….19 7.2.1 Teoretický rozbor sériového zapojení…………………………………………19 7.2.2 Experimentální ověření sériového zapojení .………………………………….20 7.2.3 Praktická aplikace sériového zapojení ………………………………………..22 7.2.4 Provozní měření chladicího zařízení se sériově zapojeným akumulačním výměníkem pro využití odpadního tepla z chlazení …………………………..24 8. Závěr ………..…………………………………………………………………………..26 9. Conclusion…..…………………………………………………………………………….27 Seznam nejdůležitějších označení ……………………………………………………………29 Literatura………………………………………………………………………………………30 Publikační činnost …………………………………………………………………………….31 Životopis autora……………………………………………………………………………….32

3

1.

Úvod

Chladicí technika je s rozvojem životní úrovně společnosti stále více používaná. Jedná se především o tepelné stroje pracující na principu obrácených termodynamických oběhů. Původně se chladicí zařízení vyvinula pro chlazení potravin, aby se zabránilo jejich zkáze teplem. V současnosti se chladicí technika používá v mnoha odvětvích lidské činnosti. Výzkum energeticky úsporných zařízení v oblasti chladicí techniky, ale i tepelných čerpadel a využívání odpadního tepla, přináší proto nemalé energetické úspory, které zlevňují chod chladicích zařízení. Disertační práce je zaměřena na vývoj energeticky úsporných chladicích zařízení v oblasti teoretických úvah, v oblasti návrhu a v oblasti experimentálního i praktického ověření navržených řešení. Jedná se především o kompresorová chladící zařízení odpařovací, kde je pozornost věnována chladivům, konstrukcím zařízení a možnostem zpětného získávání tepla. Práce se v úvodu zabývá vhodností používaného chladiva s ohledem na aplikace, výkon, účinnost a také vliv daného zařízení na životní prostředí. Je zde uveden výčet chladiv používaných v historii až po moderní ekologická chladiva, která jsem rozdělil do pěti kategorií podle typů použití v praktických aplikacích. Na závěr této kapitoly je stanoven postup výběru vhodného ekologického chladiva pro požadovanou aplikaci o který se opírám při své projekční práci. Další kapitola uvádí rozbor tepelných izolací vhodných pro použití v chladicí technice. Jsou zde uvedeny vhodné vlastnosti izolačních materiálů. Izolace rozděluji do pěti základních kategorií a v následném textu jsou blíže popsány jejich vlastnosti a možný způsob použití, který je na závěr velmi podrobně popsán tak, aby bylo možné pro dané použití vybrat nejvhodnější tepelnou izolaci prostoru, potrubí nebo izolaci mezi horkým a chladným prostorem. Neméně důležitou kapitolou je navrhování potrubních systémů v chladicí technice. V kapitole je stanoven výpočtový postup pro stanovení vhodné rychlosti proudění chladiva v daném úseku potrubí. Stanovení této rychlosti výrazně ovlivňuje správný a ekonomický chod zařízení. V disertační práci jsou tyto jednotlivé typy potrubí popsány a znázorněny ve schématu a podle uvedeného postupu lze provést výpočet vhodných dimenzí potrubí pro praktické zařízení. Výběr vhodné rychlosti potom závisí na způsobu využívání chladicího zařízení a v neposlední řadě na pořizovacích nákladech. Dále je zde rozebráno využívání odpadního tepla z chlazení a jeho další využití např. pro ohřev vody, pro vytápění apod. Práce se zabývá především kompresorovými chladicími zařízeními založenými na odpařování chladiva. Teoretické úvahy využívání odpadního tepla jsou ověřovány experimentálně na zkušebním zařízení, které umožňuje zapojení výměníku pro využití odpadního tepla z chlazení do série se srážníkem, nebo zapojení srážníku paralelně s výměníkem pro využití odpadního tepla. Na tomto zařízení byly také experimentálně ověřeny možnosti intenzivního chlazení sprchováním srážníku. Všechna měřená zapojení jsou provedena při různém tepelném zatížení chlazeného prostoru, které je 70 W, 100 W, 120 W, 140 W a 190 W. Teoretické úvahy i experimentální ověření je aplikováno na reálné příklady a doplněno ekonomickým rozborem o podmínkách výhodnosti využívání odpadního tepla z chlazení. Na závěr je v disertační práci uvedeno měření za pomocí termovize a ověřování navrženého reálného zařízení v potravinářském závodě, pro využití odpadního tepla z chlazení za pomocí akumulačního výměníku pro předehřev teplé vody.

2.

Současný stav řešené problematiky

Chladicí technika je s rozvojem životní úrovně společnosti stále více používaná. Nejrozšířenější chladicí zařízení jsou kompresorová chladicí zařízení odpařovací. Konstrukčně jsou poměrně jednoduchá a spolehlivá a je možné je použít pro velký rozsah aplikací. Disertační práce se zaměřuje na další zdokonalení takových zařízení, jelikož vzhledem k jejich velkému rozšíření, jakékoliv další vylepšení vedou k velkým energetickým

5

úsporám ve světě. U každého chladicího zařízení se v kondenzátoru odvádí teplo, které přijal výparník, plus ekvivalentní teplo příkonu kompresoru. Ve většině fungujících chladicích zařízení se toto teplo bez užitku odvádí do venkovního prostředí. Přitom přináší hospodárné využívání odpadního tepla přináší značné energetické úspory a tím i snižování sekundárního skleníkového efektu (menší spalování fosilních paliv a tím menší emise CO2).

3. • • •

Cíle disertační práce Navrhnout postup při výběru vhodného chladiva a izolací pro chladicí zařízení. Navrhnout postup při dimenzování potrubí chladicích zařízení. Experimentálně ověřit snížení elektrického příkonu chladicího zařízení sprchováním srážníku. Experimentálně ověřit snížení elektrického příkonu chladicího zařízení při použití výměníku pro využití odpadního tepla. Navrhnout modelové nízkoenergetické chladicí zařízení s využitím odpadního tepla.

• •

4.

Základy cyklů chladicích zařízení odpařovacích

Nejrozšířenější chladicí zařízení jsou kompresorová chladicí zařízení odpařovací, poněvadž se jedná o zařízení, která poměrně dobře využívají dodanou energii. Konstrukčně jsou poměrně jednoduchá a spolehlivá a je možné je použít pro velký rozsah aplikací. 4.1

Energetické zhodnocení cyklů chladicích zařízení

Tepelný cyklus (oběh ) představuje několik po sobě následujících dějů, po jejichž vykonání se soustava dostane do původního stavu. Rozlišujeme cykly přímé, při nichž se práce získává a cykly nepřímé, při nichž se práce spotřebovává. Přímé cykly jsou cykly tepelných motorů (v p-v diagramu probíhají ve smyslu hodinových ručiček), nepřímé cykly (obrácené) jsou cykly tepelných pracovních strojů (chladicích zařízení a tepelných čerpadel). Vzhledem k zaměření disertační práce se další text zabývá pouze nepřímými cykly [3], [10], [13]. Práci termického cyklu vypočteme ze vztahu (1) A = Q H − QC . Porovnání energetické náročnosti nepřímých cyklů se provádí pomocí chladicího faktoru, který je definován vztahem Q QC . (2) ε ch = C = A Q H − QC 4.2

Teoretický cyklus kompresorového chladicího zařízení odpařovacího

Teoretický cyklus chladicího zařízení máme snahu přiblížit Carnotovu cyklu, viz obr. 1a. Energeticky úsporná zařízení pracují jako odpařovací, využívají výparné teplo, a tak značná část oběhu se blíží Carnotovu cyklu s izotermickým přívodem a odvodem tepla. V základním chladicím parním oběhu, jsou syté páry chladiva nasávány kompresorem stav 1. Dále se předpokládá adiabaticka komprese v chladicím kompresoru na stav 2. Přehřáté páry chladiva zkondenzují ve srážníku na sytou kapalinu stav 4‘ a dalším průchodem srážníku se podchladí. Ve vstřikovacím ventilu dochází k izoentalpickému seškrcení chladiva o stavu 4 a chladivo přechází na stav mokré páry 5, viz obr.1 b. [4], [7], [13].

6

P

log p 3

TH

kr

QH

QH

2

4 4’

dQ=0 dQ=0

A

3

2

4

A QC

TH

TO

1 v

QH

5

1”

1

QC

h

TO

QC

Obr.1a Obrácený Carnotův cyklus s 1kg plynu v p-v diagramu 4.3

Obr. 1b Chladicí okruh v diagramu log p-h s přehřátím a dochlazením chladiva

Možnosti snižování energetické náročnosti chladicího zařízení

Z uvedené teorie cyklů chladicích zařízení vyplývá, že chladicí faktor můžeme zvětšovat zvyšováním tepla QC, snižováním ztrát tepla QC, snižováním práce cyklu. Úspory můžeme také dosáhnout vhodnou regulací.a využitím odpadního tepla QC [8], [9], [11], [12], [13]. Zvyšování tepla QC například pomocí: - Vhodného chladiva, s co nejvyšším výparným teplem s ohledem na danou aplikaci a životní prostředí. - Použití detandéru, kdy se snažíme chladicí oběh přiblížit carnotovu cyklu. Detandér využívá energii při expanzi k odlehčení pohonu chladicího kompresoru a tudíž bývá instalován na jedné hřídeli. Chladnou páru potom vedeme do prostoru kde potřebujeme odebírat teplo. Vzhledem k tomuto uspořádání je vhodné využití dentandéru u kompaktních zařízeních, kdy motorkompresor, detandér a potřeba chladu jsou v jednom místě. Není totiž vhodné chladné páry vést delším potrubím z důvodů ztrát chladu izolacemi. - Intenzivní chlazení a sprchování srážníků. S využitím kondenzátní vody představuje intenzivní chlazení a sprchování srážníků ekonomicky výhodné a energeticky úsporné řešení snížení spotřeby zařízení a zvýšení chladicího faktoru. Snižováním ztrát tepla QC předávaného do chlazeného prostoru tepelnými izolacemi: - Izolace chlazeného prostoru, který je součástí chladicích zařízení, ledničky, boxy externí prostory. - Izolace potrubí brání ztrátám tepla QC,než se dostane do chlazeného prostoru. - Izolace mezi chladným a horkým provozem u nedělených jednotek brání ztrátám tepla QC přímo do horké části chladicího zařízení. Snižováním práce A například pomocí: - Optimálním dimenzováním spojovacího potrubí zamezíme tlakovým ztrátám a tím snižujeme práci kompresoru A. - Zvýšením účinnosti kompresoru, například mechanické, objemové. - Chlazením kompresorů. Tento způsob úspor energie je dostatečně znám a nebude dále v disertační práci rozebírán.

7

Využitím odpadního tepla QH: - Přímé využití odpadního tepla QH. Tato problematika je v disertační práci podrobně řešena v kapitole 6. V uvedené kapitole jsou uvedeny způsoby zpětného získávání tepla, experimentální ověření a ekonomický rozbor. Kapitola je ukončena termovizním měřením na reálném zařízení, (provozované v potravinářské výrobě). - Využitím odpadního tepla QH prostřednictvím tepelných čerpadel. Teplo, které získáme, můžeme například akumulovat do vody. Takto ohřátá voda zpravidla dosahuje cca 50°C což je dostatečná teplota pro předehřev teplé vody, přívodního vzduchu do vzduchotechnického zařízení a vytápění. Může však nastat situace, že bude zapotřebí vyšší teploty. Jedna varianta je dohřát vodu jiným způsobem (plyn, el.energie a pod) nebo lze použít tepelné čerpadlo a odebírat teplo z ohřáté vody z chlazení a získat vodu o vyšší teplotě. Variantu použití tepelného čerpadla je nutné ověřit ekonomickou bilancí a návratností vložených investic. Vhodnou regulací chlazení ( snižuje spotřebu tepla QC) - Chlazením míst, kde to je potřeba. - Chlazení v době, kdy je to potřeba.

5.

Chladiva kompresorových chladicích zařízení

V této kapitole je uvedena historie chlazení a chladicí techniky. V přehledu chladiv jsou uváděny látky používané od prvopočátků chlazení až po moderní ekologická chladiva používaná v současné době. V podkapitolách jsou dále uvedeny důležité fyzikální vlastnosti chladiv a rozdělení chladiv podle použití v zařízeních určených pro obytné budovy, průmyslové objekty, transportní chlazení a chladicí nábytek. Stěžejní částí kapitoly je naznačení vlastního přístupu k výběru chladiva pro danou aplikaci s využitím vytvořených tabulek. 5.1

Přehled nejpoužívanějších chladiv

Chladiva HFC (chladiva typu HFC „částečně fluorované uhlovodíky“): R-508B, R-23, ISCEON 89, R-410A, R-422A, R-404A, R-507, R-407C, R-422D, R-417A, R-413A, R-134a, R-423A, R-227. OSTATNÍ EKOLOGICKÁ CHLADIVA: R 290, R 600a.R-717. Stále probíhá výzkum chladiv a vyvíjejí se další nová chladiva. 5.2

Doporučení chladiv pro různé aplikace

Při výběru chladiv se řídíme jejich vlastnostmi popisovanými v následujícím textu. V rámci disertační práce byly sestaveny tabulky usnadňující výběr vhodného chladiva pro různé aplikace, které lze rozdělit do pěti kategorii: 1) chladiva pro obytné budovy, viz tab. 1, 2) chladiva pro průmyslové objekty, viz tab. 2, 3) chladiva pro transportní chlazení, viz tab. 3, 4) chladírenský nábytek ( chladničky, mrazničky, chladicí vitríny, mrazící truhly apod.), viz tab. 4, 5) chladiva pro velmi nízké teploty, viz tab. 5.

8

Tab. 1 Chladiva pro obytné budovy Chladivo

-50

R-404A R-410A R-507 R-290 R-417 R-422D R-407C R-134A R-124 R-227

Vhodná odpařovací teplota °C -40 -30 -20 -10 0 +10 +20 klimatizace, tepelná čerpadla klimatizace, tepelná čerpadla kompaktní klimatizační zařízení klimatizace, tepelná čerpadla klimatizace, tepelná čerpadla chladiče vody klimatizace, tepelná čerpadla klimatizace klimatizace pro vysoké teploty klimatizace pro vysoké teploty

Tab. 2 Chladiva pro průmyslové objekty Chladivo

-50

R-404A R-410A R-507 R-417 R-422D R-407C R-134A R-717

Vhodná odpařovací teplota °C -40 -30 -20 -10 0 chladírny, mrazírny, chlazení vody apod. chladírny, mrazírny, chlazení vody apod. chladírny, mrazírny, chlazení vody apod. velké chladírny a mrazírny chladírny, mrazírny, chlazení vody apod. chladírny, mrazírny, chlazení vody apod. chladírny velké chladírny, chlazení ledových ploch apod.

+10

+20

+10

+20

Tab.3 Chladiva pro transportní chlazení chladivo

-50

-40

R-404A R-410A R-507 R-417 R-422D R-407C R-134A

Vhodná odpařovací teplota °C -30 -20 -10 0 přepravní chlazení přepravní chlazení přepravní chlazení přepravní chlazení přepravní chlazení přepravní chlazení přepravní chlazení

Tab. 4 Chladírenský nábytek Chladivo R-600A R-134A

-50

-40

Vhodná odpařovací teplota °C -30 -20 -10 0 +10 chlad.nábytek s minimální náplní chladiva chladírenský nábytek

+20

9

Tab. 5 Chladiva pro velmi nízké teploty Chladivo

-120

R-508B R-23 ISCEON 89

Vhodná odpařovací teplota °C -90 -60 -30 vícestupňová chladicí zařízení vícestupňová chladicí zařízení malá nízkoteplotní zařízení

0

Postup při výběru vhodného chladiva pro danou aplikaci. Pokud se rozhodujeme, jaké chladivo použijeme pro navrhovanou aplikaci, zvolíme kategorii, do které naše zařízení patří. Podle zvolené kategorie volíme příslušnou tabulku chladiv viz tab. 1 až tab. 7. Z vybrané tabulky vybíráme vhodné chladivo pro naše použití, viz [6], [19].

6.

Konstrukce energeticky úsporných zařízení 6.1

Tepelné izolace v chladicí technice

V této kapitole jsou uvedené používané izolace pro různé části chladicích zařízení a současně naznačen postup při výběru vhodné izolace pro danou aplikaci, zpracovaný v rámci disertační práce. Izolace chlazeného prostoru se používají pro snížení ztrát tepla QC generovaného chladicím zařízením. Vhodné vlastnosti izolací a druhy izolací pro různé aplikace, jsou uvedeny v následujícím textu. Vhodné vlastnosti izolací. -

Nízká tepelná vodivost Nízká nasákavost a malá difuze vodní páry Dostatečná pevnost v tlaku Nesmí zapáchat Odolnost izolace proti rozkladu Malá hořlavost Chemická stabilita Tvarová stálost Dobrá zpracovatelnost Malá hmotnost ( u přepravního chlazení a na stavbách )

Druhy izolací. Při výrobě chladírenského mrazírenského nábytku i při stavbách mrazíren, chladíren a izolaci obytných budov se používají izolace, které lze rozdělit na: - přírodní organické materiály - minerální vláknité materiály - pěnové hmoty - pěnové sklo - vakuové izolace Jako perspektivní a v praxi stále více používané tepelné izolace jsou na bázi polyuretanové pěny (PUR pěna), ať už ve formě desek, tak v tekuté formě pro vypěňování chladírenského nábytku. Pro izolace potrubí se nejvíce používá syntetický kaučuk, viz [1], [3], [11], [18]. Z výše uvedeného textu plyne, že výběr vhodné izolace závisí na způsobu použití izolace (izolace prostoru nebo izolace potrubí). Vhodnou izolaci vybíráme podle popsaných

10

vlastností a hlavně podle ceny. V chladírenství se pro chlazení prostorů nejvíce používá polyuretanová pěna, polystyrén a pro izolací potrubí kaučuková izolace. V projekční praxi se volí hlavně tloušťka izolace podle typu zařízení a hlavně podle ceny, viz [1], [3], [11], [18]. Tab. 6 Hustota a součinitel tepelné vodivosti tepelných izolací při 20°C skelná vláknina

Hustota ρ [kg.m -3] 22

Součinitel tepelné vodivosti λ [W.m-1.K-1] 0,035

minerální vlna korkové desky pěnové sklo syntetický kaučuk iporka pěnový polystyrén

200 120 136 15 25

0,043 0,041 0,054 0,035 0,031 0,035

styrofoam polyuretanová pěna (PUR) perlit ( vakuum 10-3 mbar, 188 K) superizolace ( vakuum 10-4 mbar, 188 K) vakuová izolace tvrdé dřevo, třískové desky porézní dřevotřískové desky

30 40 50

0,033 0,022 0,0016

50

0,0001

1000 250

0,008 0,17 0,05

Izolace

6.2

Optimální dimenzování spojovacího potrubí

Navržená řešení vycházejí jednak z literatury a především z vlastních poznatků publikovaných v článku přijatém k publikaci v časopise VVI [I]. Popis zařízení. Popis jednotlivých potrubních systémů v chladicím zařízení. Výtlačné potrubí, dopravuje stlačené páry chladiva s obíhajícím množstvím oleje z kompresoru (kompresorů) do kondenzátoru. Tlumí vlivy značného tepelného namáhání a kmitání vznikajícího stlačováním par chladiva. Potrubí kondenzátní, dopravuje kondenzát (směs částečně zkondenzovaného chladiva a par chladiva) z kondenzátoru do sběrače chladiva. Je možné je použít pro zpětné proudění par ze sběrače do kondenzátoru. Kapalinové potrubí, dopravuje směs oleje a kapalného chladiva ze sběrače k expanznímu ventilu. Potrubí expandovaného chladiva, dopravuje z expanzního ventilu expandované chladivo do výparníku (výparníků). Sací potrubí, dopravuje obíhající olej a přehřáté páry chladiva z výparníku (výparníků) do sání kompresoru (sacího rozvodu u sdružených kondenzačních jednotek), viz obr. 2.

A

B

C D

E

M

3

4

1

M

2

LEGENDA: VÝTLAČNÉ POTRUBÍ POTRUBÍ KONDENZÁTNÍ KAPALINOVÉ POTRUBÍ POTRUBÍ EXP.CHLADIVA SACÍ POTRUBÍ A - VÝPARNÍK B - ŠKRTÍCÍ VENTIL C - KOMPRESOR D - ZÁSOBNÍK CHLADIVA E - VZDUCHOVÝ KONDENZÁTOR STAV LÁTKY V DIAGRAMU log p-h 1,2,3,4,

Obr. 2 Popis potrubních systémů kompresorového chladicího zařízení

11

Pro dimenzování výše uvedených úseků potrubí je důležité zachovat vhodnou rychlost, hmotnostní tok a směr proudění chladiva příslušným úsekem potrubí. Rovněž je důležité přihlédnout k délce a rozsáhlosti potrubní sítě a způsobu nástřiku chladiva (přímý nástřik chladiva do výparníku, nebo použití rozdělovače), [5]. Průměry potrubí. Výpočet průměru potrubí je poměrně jednoduchý, vychází z chladicího výkonu, parametrů chladiva v konkrétním chladicím zařízení a respektuje doporučené rychlosti -1 proudění wi [m.s ], viz tab. 7. -1

Tab. 7 Doporučené rychlosti proudění chladiva pro různé typy potrubí [m.s ] Sací potrubí R 22 R 134a R 404A R 407C R 410A R 507 NH3

5,5 - 11 5,0 - 11 5,0 - 15 5,0 - 11 4,0 - 18 5,0 - 16 15 – 20 .

Výtlačné potrubí Kapalinové potrubí 4,0 - 11 0,2 - 0,8 3,0 - 14 0,2 - 0,8 2,0 - 15 0,3 - 0,8 4,0 - 11 0,3 - 0,8 3,0 - 16 0,4 - 0,8 2,0 - 16 0,3 - 0,8 16 – 25 0,5 – 2

Potrubí kondenzátu < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 .

Chladicí výkon Q C [W] závisí na hmotnostním průtoku chladiva m [kg.s-1], který je ve všech místech potrubí stejný a dále na hmotnostní chladivosti q 0 [J.kg-1]. Lze jej vyjádřit rovnicí .

.

.

Q C = m .q 0 = m .(h1 − h5 )

(3)

kde q0 je rozdíl měrných entalpií chladiva h1 – h5 [J.kg-1]mezi vstupem a výstupem z výparníku, viz obr. 1b. Hmotnostní průtok chladiva můžeme vyjádřit pomocí lokálních měrných objemů vi [m3.kg-1] v uvedených místech, které lze odečíst pro jednotlivé i-té stavy chladiva obvykle z diagramu log p-h nebo parních tabulek a platí rovnice kontinuity pro stlačitelné tekutiny .

Q S i .w i m= = . (4) q0 vi Z rovnice (3) a (4) se dá vypočítat potřebný lokální průřez potrubí Si, v závislosti na lokální rychlosti proudění wi a dalších veličinách .

.

.

.

m .v i Q .v i Q .v i Si = = = wi q 0 .w i (h1 − h5 ).w i a pak pro optimální lokální vnitřní průměr i-té části kruhového potrubí při zachování doporučené rychlosti proudění chladiva wi v různých typech potrubí, viz tab. 9 platí 4.S i

.

(5)

4.Q .v i di = = . (6) π π .w i .(h1 − h5 ) Vnější průměr potrubí se stanoví pevnostním výpočtem. Materiál potrubí volíme dle druhu používaného chladiva, [3], [4], [10].

12

Důležité je volit vhodné rychlosti proudění chladiva, protože příliš velké rychlosti způsobují velké tlakové ztráty a tím vysoké provozní náklady, naopak malé rychlosti zvyšují pořizovací náklady zařízení. Důležité je brát ohled na provozní dobu zařízení a ceny energií. U zařízení pracujících okolo 1000 hodin za rok volíme rychlosti vyšší, naopak u zařízení pracujících nad 5000 hodin za rok je vhodné volit rychlosti proudění chladiva nižší. 6.3

Intenzivní chlazení sprchováním srážníků

Z teoretického rozboru chladicího zařízení je zřejmé, že energetických úspor při chlazení by bylo možné dosáhnout sprchováním, či intenzivním chlazením srážníku. V následující části disertační práce je provedeno experimentální ověření tohoto chlazení a jsou uvedeny vhodné způsoby tohoto řešení. Intenzivní chlazení srážníku, nebo jeho částí obvykle umožňuje i využití odpadního tepla z chlazení, které je řešeno v kap. 6. 6.3.1 Experimentální ověření sprchování srážníků Experimentální ověření bylo provedeno na zařízení skládajícího se z izolovaného prostoru o objemu cca 0,05 m3, hermetického kompresoru Danfoss typ:FR8,5 CLX o chladícím výkonu 468 W při odpařovací teplotě –10°C a kondenzační teplotě +45°C (informace získána z katalogu výrobce), výparníku, vzduchového kondenzátoru, výměníku pro zpětné získávání tepla, automatického vstřikovacího ventilu, solenoidů a ovládacího rozvaděče osazeného regulátorem teploty FLICA 110, viz obr. 3. Zařízení pracuje s ekologickým chladivem R507. Schéma zkušebního zařízení je zakresleno na obr. 4, [2].

Obr. 3 Fotografie zkušebního chladicího zařízení .

Měření bylo provedeno vždy v ustáleném stavu při zátěžích chlazeného prostoru Z = 70 W, .

.

.

.

Z = 100 W, Z = 120 W, Z = 140 W a Z = 190 W. Zátěž byla realizována z odporových topných kabelů. Měření bylo provedeno měřícím přístrojem pro měření tlaků a teplot v chladících systémech testo 556, pro měření příkonu byl použit voltmetr INSTALATEST 61557, a ampérmetr VA 18B.

13

Při měření bylo zkušební zařízení nastaveno pro provoz v režimu pouze kondenzátor 6. Elektroventily A, C, D jsou zavřené a elektroventil B je otevřený. Čerpadlem kondenzátu 10 je kondenzát čerpán a tryskami je vháněn na srážník a regulací průtoku je regulován kondenzační tlak. Kalibrace průtoku chladicí vody byla provedena následovně. Pomocí potenciometru bylo měněno přívodní napětí do čerpadla a tím jeho otáčky. Po nastavení napětí byla voda vedena do kalibrované nádoby a byl změřen čas, za jaký se nádoba naplní. Ze změřeného objemu vody, který natekl do nádoby za určitý čas, byl spočítán daný průtok. Takto byly ocejchovány průtoky pro jednotlivé zatížení prostoru. Postup (změny napětí na čerpadle a měření průtoku vody) se opakoval tak dlouho, až byl udržen konstantní kondenzační tlak pro každou zátěž chlazeného prostoru. Obdobný postup pro kalibraci čerpadla byl použit pro výměník pro využití odpadního tepla z chlazení, viz kapitola 6.

10

2 3

1

4

5

6

12

M

11

P

P

M

7

8

5

9

Měření snížení příkonu chladicího zařízení a zvýšení chladicího faktoru v důsledku sprchování bylo prováděno vždy v ustáleném stavu při třech kondenzačních tlacích a pěti zátěžích chlazeného prostoru. Sprchování bylo provedeno vodou o teplotě 20,5 °C, což bývá obvykle teplota např. v zásobníku vody při komfortní klimatizaci. Sprchováním byly udržovány kondenzační tlaky 1620 kPa, 1700 kPa a 1800 kPa. Chladicí voda byla dopravována do trysek čerpadlem jehož příkon byl měřen současně s příkonem celého zařízení, viz [15]. Naměřené body mají velký rozptyl, který je způsoben mechanickými ztrátami v zařízení, nedokonalostí mazání apod. Vzhledem k uvedeným chybám je výhodné uvést závislost chladicího faktoru na spotřebě energie za 24 hodin při různém zatížení prostoru. Tato závislost je prezentována na obr. 5.

Obr. 4 Schéma zkušebního chladicího zařízení

14

Z uvedeného měření vyplývá, že při snižování kondenzačního tlaku se zvyšuje chladicí faktor, snižuje se okamžitá spotřeba zařízení a dále se snižuje délka chodu zařízení. U vyššího zatížení prostoru pozorujeme, že dochází k vyrovnání výkonu chladicího zařízení se zatížením prostoru společně se ztrátami chladu. U zatížení prostoru 190 W a kondenzačním tlaku 1800 kPa dochází téměř ke stálému chodu zařízení. Sprchování může v extrémních podmínkách výrazně zvýšit výkon srážníků a tím ochránit zařízení před nadměrným tlakovým zatížením. V případě zařízení, kdy je možné vznikající kondenzát ve výparnících přímo odvádět na lamely srážníků, dochází k výrazné úspoře elektrické energie a výrazně se zvýší životnost zařízení. Přímé odvádění kondenzátu na lamely srážníku je vhodné použít pro kompaktní zařízení (chladírenský nábytek, některé typy klimatizací apod.) a pak jsme schopni výrazně zvýšit efektivitu chlazení a snížit provozní náklady a zároveň snižovat ekologickou zátěž chladicího zařízení. Pokud je možné vést kondenzátní vodu samospádem bez využití čerpadla kondenzátu, jsou zvýšené náklady na instalaci zařízení zanedbatelné vzhledem k celkovým nákladům a nutnosti kondenzátní vodu odvádět. Pokud bývá využíváno čerpadlo, zvyšují se pořizovací náklady v řádu do 5% z celkových investičních nákladů, což je vzhledem ke snížení příkonu zařízení a zvýšení chladicího faktoru zanedbatelné viz [18]. 3,3 3,2 ZATÍŽENÍ 70 W

CHLADICÍ FAKTOR [-] .

3,1 3

ZATÍŽENÍ 100 W

2,9

ZATÍŽENÍ 120 W

2,8

ZATÍŽENÍ 140 W

2,7 ZATÍŽENÍ 190 W

2,6 2,5 5

10

15

CELKOVÁ SPOTŘEBA EL. ENERGIE ZA 24 HODIN [KWh]

Obr. 5 Závislost vlivu sprchování srážníků na spotřebu chladicího zařízení.

Z naměřených hodnot vyplývá, že např. při zátěži 120 W a udržování kondenzačního tlaku 1620 kPa, oproti standardnímu zapojení „pouze kondenzátor“ bez sprchování, se uspoří 0,508 kW.h za 24 hodin, což za rok činí 185 kW.h. Při ceně 6,-Kč za jednu kW.h to činí úsporu 1110,-Kč za 1 rok. Je zřejmé, že sprchování srážníků, je jednoduchý a účinný způsob snižování energetické náročnosti chladicích zařízení a lze ho aplikovat prakticky u všech zařízení. Zvláště výhodné je použití sprchování srážníku u kompaktních zařízení, kdy srážník a chlazený prostor jsou blízko vedle sebe (mobilní klimajednotky) a u zařízení malých

15

výkonů, kdy další využívání odpadního tepla z chlazení je ekonomicky nevýznamné. U velkých průmyslových aplikací je vhodné kondenzátní vodu svádět do sběrné nádoby a za pomocí čerpadla sprchovat srážník pouze při chodu motorkompresorů, kdy dochází ke kondenzaci chladiva. Výhodnější je ale odpadní teplo dále využít, viz kapitola 6.

7.

Využití odpadního tepla z chlazení

U každého chladicího zařízení se v kondenzátoru odvádí teplo QH. Ve většině fungujících chladicích zařízení se toto teplo bez užitku odvádí do venkovního prostředí. Přitom využívání odpadního tepla přináší značné energetické úspory a tím i snižování sekundárního skleníkového efektu na Zemi (menší spalování fosilních paliv a tím menší emise CO2). V hospodářské oblasti se odpadní teplo dá využívat mnoha způsoby. Vysoké hospodárnosti se dosáhne, pokud bude využito celé odváděné teplo QH. Způsob využívání odpadního tepla je závislý na účelu využití a na pořizovacích a provozních nákladech. V dalším výčtu je uvedeno několik důležitých průmyslových oblastí využívání odpadního tepla z chladicích zařízení. Další důležitou úlohou je volba vhodného výměníku (dvoutrubkový nebo deskový), který je zabudován ve výtlačném potrubí před kondenzátorem a volba, zda je vhodné použít akumulace tepla. Teplota vystupující ohřáté vody má být v rámci možnosti volena co nejnižší, protože provoz chladícího zařízení je o to hospodárnější, o co nižší je kondenzační tlak. Zapojení výměníků může být sériové nebo paralelní, viz [12], [16], [18] 7.1

Zpětné získávání tepla pomocí výměníku zapojeného paralelně 7.1.1 Teoretický rozbor paralelního zapojení

Na obr. 6 je uvedeno paralelní zapojení výměníku tepla G pro ohřev vody a kondenzátoru chladicího zařízení F. Z obrázku je zřejmé, že ve směru proudění za kondenzátorem zařízení je zabudován regulátor kondenzačního tlaku E. Regulátor umožňuje přednostně kondenzaci ve výměníku tepla pro ohřev vody. Regulátor otevírá při stoupajícím kondenzačním tlaku a zavírá při jeho poklesu. Při veliké spotřebě tepla chladivo v kapalném stavu zcela zaplavuje kondenzátor zařízení. Pokud je menší A B C D E F G LEGENDA: spotřeba tepla, tak Pára chladiva vlivem stoupajícího Kapalné chladivo 3 4 kondenzačního tlaku Stav látky v diagramu log p-h 1,2,3,4 A - Výparník regulátor otevírá větev B - Škrtící ventil pro kondenzátor, zaříC - Kompresor zení se vyprazdňuje D - Zásobník chladiva 1 E - Regulátor kondenzačního tlaku 2 natolik, kolik odpovídá F - Vzduchový kondenzátor přebytku tepla produkoG - Výměník pro zpětné získávání tepla vaného chladícím zařízením. Při paralel-ním Obr. 6 Paralelní zapojení výměníku tepla a kondenzátoru zapojení nedochází k zaplavení výměníku pro ohřev. V době, kdy není spotřeba tepla, se může regulátor pomocí magnetického ventilu nuceně otevřít, čímž je regulace kondenzačního tlaku uvedena mimo provoz. Paralelní M

M

16

zapojení zvyšuje náročnost konstrukce, montáže a spolehlivost zařízení se snižuje z důvodu závislosti zařízení na regulačním ventilu. Velkou výhodou je možnost docílit při ohřevu vyšších teplot předehřívané vody až 45°C, kdy tuto vodu můžeme např. za pomocí podlahových vytápěcích systémů přímo využívat pro vytápění. Na druhou stranu se výrazně zhorší chladicí faktor a zvýší se kondenzační tlak. Je důležité vždy důsledně propočítat a zvážit tuto variantu ohřevu, viz [18]. Přednosti paralelního zapojení jsou následující

• • •

nižší tlakové ztráty prouděním, protože chladivo proudí jen jedním výměníkem (to představuje energetickou výhodu), není zapotřebí regulátor tlaku sběrače chladiva, protože tlak regulovaný regulátorem kondenzačního tlaku přímo působí na sběrač přes výměník ohřívané vody, výměník tepla pro ohřívanou vodu nemůže být zaplaven, takže je zapotřebí menší náplň chladiva ve sběrači.

Nevýhody paralelního zapojení jsou tyto:

• • •

je zapotřebí větší „know how“ o proti sériovému zapojení, aby se zabezpečilo proudění chladiva v obou větvích, je nutné vyspádování spojovacího potrubí obou výměníků ke sběrači chladiva, páry z výtlaku se mohou přes výměník ohřevu vody dostat přímo do sběrače a částečně snižují podchlazení kapalného chladiva.

Když vezmeme v úvahu definici chladicího faktoru, dochází při využití odpadního tepla k většímu zhodnocení využité energie cyklu. Proto je možné definovat tzv. poměrný energetický přínos η [-], který může maximálně být jako součet chladícího faktoru εch [-] a topného faktoru εtop [-]

η max = ε ch + ε top .

(7)

Maximální energetický přínos můžeme také definovat pomocí entalpíí

η max =

(h1 − h5 ) + (h2 − h4 ) (h2 − h4 ) − (h1 − h5 )

(8)

kde h1 až h5 jsou entalpie daného chladiva odečtené z diagramu log p-h, viz obr. 1b. V praktických aplikacích, při provozu chladicího zařízení, je využití odpadního tepla .

z chlazení druhotnou záležitostí a nelze využít celý tepelný tok Q H . Z těchto důvodů je vhodné definovat reálný poměrný energetický přínos η [-] .

.

Q + Q VT η= C P .

(9) .

kde Q C [W] je tepelný tok dodaný chladicímu cyklu ve výparnících, QVT [W] je tepelný tok získaný ve výměníku pro zpětné získávání tepla, P [W] je celkový (reálný) příkon chladícího zařízení se zpětným získáváním tepla..

17

7.1.2 Experimentální ověření paralelního zapojení Experimentální ověření bylo prováděno na zkušebním zařízení umožňující různá zapojení, viz obr. 4 . Při paralelním zapojení jsou elektroventily C,D uzavřené a elektroventily A,B jsou otevřené. Při experimentálním měření byla simulace řídícího ventilu nahrazena teplotním čidlem, které měřilo kondenzační tlak a pomocí elektroventilů byl celý chod řízen. Na obr. 7 je zobrazena závislost chladicího faktoru ε na příkonu celého zařízení P [W]. Obdobnou závislost vidíme na obr. 8, kde je zobrazen poměrný maximální energetický přínos v závislosti na příkonu celého zařízení. Měření bylo provedeno při zátěžích chladicího prostoru 70 W, 100 W, 120 W a 140 W. Zvláštní případ nastal při zatížení prostoru 190 W, kdy zařízení nedosáhlo měřené teploty prostoru +5°C. Došlo zde k vyrovnání tepelných ztrát prostoru a chladicího výkonu zařízení. Pro regulaci paralelního zařízení je možné stanovit vhodný chladicí faktor v závislosti na kondenzačním tlaku. Pokud ve výměníku pro využívaní odpadního tepla je odběr tepla, chladicí faktor je na vyšší úrovni než při zapojení „pouze srážník“, pokud odběr tepla poklesne, vzrůstá kondenzační tlak a chladící faktor se zmenšuje. Při měření byly použity dva způsoby. První způsob, kdy výměníkem pro zpětné získávání tepla proudila kapalina daným průtokem. Tento způsob je, ale v praktických aplikacích nevýhodný z důvodu nesoučasnosti chodu chladicího zařízení a potřeby tepla. Jako druhá možnost je ohřívání vody ve výměníku tepla a kumulace do kapaliny. Tento způsob je v praktických aplikacích používanější a v rámci disertační práce jsem se zabýval převážně simulací akumulace tepla do kapaliny. Volba výměníku pro zpětné získávání tepla je důležitá právě s ohledem na nesoučasný chod chladicího zařízení a potřeby tepla. Z těchto důvodů je vhodnější místo přímého výměníku tepla využít výměník s akumulací tepla. [1], [3], [4], [13], [13].

7,500

MAXIMÁLNÍ ENERGETICKÝ PŘÍNOS [-] . TEPELNÉHO OBĚHU .

7,000 6,500 6,000

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 70 W ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 100 W ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROTORU 120 W ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROTORU 140 W

5,500 5,000 4,500 4,000 3,500 670

690

710

730

CELKOVÝ PŘÍKON ZAŘÍZENÍ [W]

Obr. 7 Závislost maximálního poměrného energetického přínosu na příkonu zařízení a zatížení chlazeného prostoru

18

3,500

3,000 CHLADICÍ FAKTOR [-] . TEPELNÉHO OBĚHU .

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 70 W

2,500

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 100 W ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROTORU 120 W

2,000

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROTORU 140 W

1,500

1,000 660

680

700

720

740

CELKOVÝ PŘÍKON ZAŘÍZENÍ [W]

Obr. 8 Závislost chladicího faktoru na příkonu zařízení a zatížení chlazeného prostoru 7.2

Využití odpadního tepla pomocí výměníku zapojeného do série 7.2.1 Teoretický rozbor sériového zapojení

Při sériovém zapojení (obr. 9) je výměník tepla G pro ohřev vody zapojen před kondenzátorem chladicího zařízení F. Mezi kondenzátorem a zásobníkem chladiva D je připojen regulátor kondenzačního tlaku E. Regulátor kondenzačního tlaku se nastaví podle požadované teploty vystupující ohřívané vody. Kondenzační teplota se mění v rámci rozsahu nastavení proporcionálně s teplotou ohřáté vody. Při vysoké spotřebě tepla, při nízké teplotě ohřáté vody, nastává kondenzace výhradně ve výměníku pro ohřev vody a kondenzátor chladicího zařízení je zaplaven. Při klesající spotřebě tepla stoupá teplota ohřívané vody a kondenzaci chladiva přebírá kondenzátor chladicího zařízení, který bývá dimenzován na celý chladicí výkon při průměrných teplotách okolního prostředí. Pro toto zapojení je kotlový kondenzátor jako přídavný výměník tepla nevýhodný, protože má velký objem a nemůže být kapalným chladivem zaplaven (není k dispozici takové množství chladiva). Alespoň částečné zaplavení tohoto výměníku tepla je však zapotřebí ještě při chladné užitkové vodě ve fázi spouštění, aby se dal vyregulovat nastavovaný tlak. Přednosti sériového zapojení jsou : A

B C D

E

M

3

4

1

M

2

F

G

LEGENDA: Pára chladiva Kapalné chladivo Stav látky v diagramu log p-h 1,2,3,4 A - Výparník B - Škrtící ventil C - Kompresor D - Zásobník chladiva E - Regulátor kondenzačního tlaku F - Vzduchový kondenzátor G - Výměník pro zpětné získávání tepla

• •

snadné zapojení a není nebezpečí přemisťování chladiva, není zapotřebí vyspádovat spojovací potrubí obou výměníků směrem ke sběrači chladila,

Obr. 9 Sériové zapojení výměníku tepla a kondenzátoru

19

• další velkou výhodou je, že odpadá regulace řízení kondenzačního tlaku. Nevýhody sériového zapojení jsou tyto: • •

vyšší tlaková ztráta proudícího chladiva ( je to součet tlakových ztrát v obou výměnících), pro potřebu zaplavování není vhodné použít kotlový kondenzátor.

Zdálo by se jako nejednodušší použít jen výměník bez srážníku a přímo využívat odebrané teplo. V praktických aplikací to není zcela možné, protože potřeba chladu a potřeba teplé vody se ve většině případů časově liší. Proto se využívá akumulace odebraného tepla do vody, kdy výměník pro zpětné získávání tepla je zhotoven z měděného potrubí vloženého do izolované nádrže, kde se teplo akumuluje do vody. Naakumulované teplo se přes druhý podobný výměník předává do předehřívané vody. Velikost nádrží bývá různá podle provozních podmínek chladicího zařízení a spotřebě předehřívané vody. Podle mých zkušeností se pohybuje mezi 1 m3 až 5 m3. 7.2.2

Experimentální ověření sériového zapojení

Experimentální ověření bylo prováděno na zkušebním zařízení, viz obr. 4, kdy se při sériovém zapojení elektroventily B,C uzavřou a elektroventily A,D jsou otevřeny. Zařízení předává ve výměníku teplo dokud není zásoba akumulační vody ohřátá, páry chladiva přestanou odevzdávat teplo a proudí do srážníku, kde zkondenzují. Tato změna práce se neprojeví na výrazném zvýšení spotřeby zařízení, protože zařízení samo přejde do režimu „pouze srážník“ bez nutnosti dalšího regulačního členu. U paralelního zapojení se průtoky musí řídit, což je složitější problém, zařízení se tak komplikuje a vlivem dalších elektronických komponentů se snižuje jeho spolehlivost. Na obr. 10 je uvedena závislost chladicího faktoru na celkovém příkonu zařízení. Naměřené hodnoty mají velký rozptyl způsobený mechanickými ztrátami a nerovnoměrností chodu zkušebního zařízení. Z obr. 10 je patrné, že při zvyšování zátěže prostoru nejdříve roste spotřeba zařízení a pro zatížení větší než 120 W opět klesá. Toto měření bylo provedeno pro zátěže prostoru 70 W, 100 W, 120 W, 140 W,a 190 W. 3,65

CHLADICÍ FAKTOR [-] . REÁLNÉHO OBĚHU . .

3,45 ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 70 W

3,25

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTOR 100 W

3,05

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 120 W 2,85

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 140 W ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 190 W

2,65 2,45 2,25 650

660

670

680

690

700

710

CELKOVÝ PŘÍKON ZAŘÍZENÍ [W]

Obr. 10 Závislost chladicího faktoru na příkonu zařízení a zatížení prostoru

20

MAXIMÁLNÍ ENERGETICKÝ PŘÍNOS[-]. . TEPELNÉHO OBĚHU

8,25

7,75 ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 70 W

7,25

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTOR 100 W ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 120 W

6,75

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 140 W

6,25

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 190 W

5,75

5,25 650

660

670

680

690

700

710

CELKOVÝ PŘÍKON ZAŘÍZENÍ [W]

Obr. 11 Závislost maximálního poměrného energetického přínosu na příkonu zařízení a zatížení chlazeného prostoru

Na obr. 11 je znázorněna závislost maximálního poměrného energetického přínosu na celkové spotřebě zařízení při zátěžích prostoru 70 W, 100 W, 120 W, 140 W,a 190 W. Závěry z tohoto obrázku jsou obdobné,jako u obr. 10.

4 3,5

CHLADICÍ FAKTOR [-] .

3

ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 70[W] ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTOR 100[W] ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 120[W] ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 140[W] ZATÍŽENÍ CHLAZENÉHO PROSTORU 190[W]

2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

10

20

30

40

TEPLOTA OHŘÍVANÉ KAPALINY [°C]

Obr. 12 Závislost chladicího faktoru na teplotě předehřívané vody

21

Na obr. 12 je uvedena závislost chladicího faktoru na teplotě předehřívané vody. Zde vidíme, že chladicí zařízení je schopno pracovat i při vysoké zátěži chlazeného prostoru, jako by nebylo zpětné získávání tepla použito. Tab. 8 Spotřeba zkušebního zařízení za 24 hodin pro zapojení sériové a zapojení pouze srážník. Zapojení pouze srážníku

Zapojení výměníku pro zpětné získávání tepla do série se srážníkem

Zatížení chlazeného prostoru [W]

Celková spotřeba zkušebního zařízení v [kW.h] za 24 hodin

Zatížení chlazeného prostoru [W]

Celková spotřeba zkušebního zařízení v [kW.h] za 24 hodin

70 100 120 140 190

7,218 8,269 8,892 11,647 15,757

70 100 120 140 190

5,703 5,965 8,013 8,671 13,198

Z tab. 8 vyplývá, že při zapojení výměníku pro zpětné získávání tepla se i sníží celková spotřeba chladicího zařízení za 24 hodin oproti zapojení pouze srážník. Toto snížení spotřeby se pohybuje okolo 10% až 20% z celkové spotřeby. Přesnější vyjádření úspory energie závisí na spotřebě a vstupní teplotě předehřívané vody. Z tohoto závěru plyne, že úspory ze zpětného získávání tepla jsou velmi významné a skládají se ze dvou částí, a to z části tepla předaného předehřívané vodě a přímé úspory na celkové spotřebě zařízení z důvodu výrazného zvýšení chladicího faktoru. Další druhotnou úsporou je snížení kondenzačního tlaku, délky chodu zařízení a tím i opotřebení chladicího zařízení. Je jasné, že toto se projevuje na životnosti a tím pádem i na případných opravách zřízení. 7.2.3 Praktická aplikace sériového zapojení V disertační práci uvedené teoretické rozbory a ověření na experimentálním zařízení byly aplikovány i na projektech v praxi. Např.ve výrobnách na zpracování masa, kde je velká potřeba teplé vody, je výhodné využít akumulované teplo na předehřev této vody. V následujícím textu bude proveden teoretický výpočet tepelného výkonu zařízení pro zpětné získávání tepla z chladicího zařízení, kdy výměníky jsou zapojeny sériově. Výpočet je vztažen na reálné zařízení projektované pro Zpracovatelské a distribuční centrum drůbežího masa [III]. Výpočet je doplněn stručným ekonomickým rozborem. Chladírenské zařízení bude osazeno společnou kondenzační jednotkou typ: 4H-25.2Y o chladicím výkonu 122 kW při odpařovací teplotě –10 °C a kondenzační teplotě +40 °C. Zařízení bude pracovat s chladivem R507. Vstupní parametry: a) Chladicí zařízení Chladicí výkon Tepelný výkon kondenzátoru Teplota vypařování

22

QC = 122 kW Qk = 165 kW tA = -10 °C

Teplota kondenzační Entalpie stavu 1

tB = +40 °C -1 h1 = 363 kJ.kg

Entalpie stavu 2

h2 = 399 kJ.kg

Entalpie stavu 4

h4 = 259 kJ.kg

Entalpie stavu 5

h5 = 259 kJ.kg

Hmotnostní průtok chladiva Tlak kondenzační Teplota kondenzační Měrná tepelná kapacita chladiva R507 při teplotě 53°C

m r = 1,17 kg.s p2 = 1,868 MPa tC = 57,58 °C

-1 -1 -1

.

-1

-1

-1

cr = 2,38 kJ.kg .K

b) Parametry vody při teplotě akumulační vody 40°C -1 -1 Tepelná kapacita vody cp = 4,18 kJ.kg .K -3

ρ = 990,2 kg.m tv = 40 °C

Hustota vody Předpokládaná teplota akumulační vody .

Tepelný tok, QVT [W], který je schopné chladicí zařízení předat akumulační vodě, lze spočítat ze vztahu .

.

Q VT = m r ⋅ c r ⋅ (t C − tV ) = 1,1771.2,3873.(57,58 − 40) = 49,4 kW .

(10)

-1

Teoretický hmotnostní tok předehřívané vody mv [kg.s ], lze vypočítat z uvedeného .

tepelného toku QVT [W], ze vstupní teploty vody tD = 10°C a výstupní teploty vody tE = 35°C při zachování tepelného pádu ∆t = 5°K. Platí: .

.

Q VT = m v .c p .(t E − t D ).

(11)

Hmotnostní tok je pak dán vztahem .

QVT 49,401 = = 0,4727 kg.s-1 mv = c p .(t E − t D ) 4,18.(35 − 10) .

.

(12)

3 -1

Objemový průtok ohřívané vody V V [m .s ] při účinnosti rekuperace ηVT = 60% .

.

VV = .

mV

ρ

.ηVT =

3 -1 0,4727 .0,6 = 0,0002864 m .s 990,2

V V = 17,16 l.min

(13)

-1 .

Množství tepelné energie Q [kW.h] dodávané akumulačním výměníkem s ohledem na jeho účinnost za jednu hodinu je .

.

.

Q = Q VT .ηVT .τ = 49,4.0,6.1 = 29,64 kW.h (14) Při ceně energie 6,- Kč za 1 kW.h to činí hodinovou úsporu 177,8- Kč. Z toho se dá vypočítat, že při navýšení vstupních nákladů o cenu akumulačního výměníku pro zpětné získávání odpadního tepla z chlazení, včetně montáže o 450 000,-Kč, se dané zařízení zaplatí za 2531 hodin provozu při maximálním odběru předehřívané vody. Přesnější údaje o spotřebě

23

předehřáté pitné vody se v oblasti návrhu zařízení těžko určují. Za předpokladu využití zařízení 5 hodin denně (při celotýdenním provozu na tři směny) se daná investice zaplatí za 507 dní. Dále bychom měli brát v úvahu přímou úsporu na spotřebě elektrické energie ve výší 10% až 20%, která povede ještě k rychlejší návratnosti vložené investice. V praktický aplikacích, bývá zařízení v provozu až 12 hodin denně. Správnou volbou velikosti akumulačních nádrží se zajistí stálý předehřev vody z 10°C na 35°C. Tato voda je vedena do dohřívacího bojleru, který vodu dohřívá na potřebnou teplotu. Bojler je nutné nadimenzovat na plný výkon, aby byla zajištěna spotřeba teplé vody při odstávce chlazení. 7.2.4

Provozní měření chladicího zařízení se sériově zapojeným akumulačním výměníkem pro využití odpadního tepla z chlazení

V rámci disertační práce byla provedena také rozsáhlá provozní měření chladicího zařízení se sériově zapojeným výměníkem pro zpětné získávání tepla realizovaném v projektu [VII], ve výrobně uzenin a lahůdek. Uvedená měření měla potvrdit v disertační práci uvedené teoretické úvahy, jejich laboratorní ověření a projektované parametry. Ověření bylo provedeno kontrolou měřených hodnost vestavených čidel, ale především měřením teplot s využitím termovize. Z měření jsou patrné tepelné zisky u rekuperačních zařízení, které jsou již prakticky provozovány. Vybrané výsledky termovizních měření jsou v dalším textu. Obr. 13 Soustava kompresorů Nejdříve byla měření provedena v tzv. velké strojovně, kde byla sledována soustava kompresorů, viz obr. 13. Z termogramu, viz obr. 14 je patrné , že kompresor který je v chodu má povrchovou teplotu až 64°C. Teplota výtlačných par proudících do akumulačního výměníku má teplotu 47,9 °C. 65.0 °C

55.0 °C

45.0 °C

35.0 °C 25.0 °C

Obr. 14 Termogram soustavy kompresorů

24

Další měření proběhlo v tzv. malé strojovně, kde byl akumulační výměník pro využívání odpadního tepla v provozu,viz obr.15. Z termogramu obr.16, je patrné, že voda z vodovodního řadu vstupující do výměníku byla 12,3 °C a voda předehřáté vody byla 35,3 °C. Předehřátá voda pak proudí do dohřívacího bojleru, kde je dohřívána na potřebnou vyšší teplotu. Obr. 15 Akumulační výměník zapojený do série se srážníkem 60.0 °C

47.5 °C

35.0 °C

22.5 °C 10.0 °C Obr. 16 Termogram akumulačního výměníku zapojeného do série se srážníkem

Z uvedeného měření plyne, že je výhodné používat akumulaci pro využívání odpadního tepla z chlazení, kdy kryjeme, alespoň částečně, nesoučasnost provozu chladicího zařízení a potřeby předehřáté vody. Teploty byly měřeny za pomocí termokamery Testo 880-3 a ve vytypovaných místech kontrolovány dotykovým teploměrem (Testo 825-T4). Z naměřených hodnot akumulačního výměníku v provozu v malé strojovně obr.15, plyne, že výše popsané teoretické poznatky a laboratorní ověření se potvrdily i na prakticky používaném zařízení, [14], [17].

25

8.

Závěr

Předložená disertační práce byla zaměřena na vývoj energeticky úsporných chladicích zařízení se zaměřením na chladicí systémy kompresorové založené na vypařování chladiva. Tyto chladicí systémy jsou v praktických aplikacích nejrozšířenější a jejich správný návrh zásadně snižuje spotřebu elektrické energie a zvyšuje životnost těchto zařízení. Mezi důležité hlavní cíle disertační práce patří experimentální ověření výhodnosti sprchování srážníku kondenzátem vznikajícím ve výparnících, nebo sprchování vodou z externích zdrojů. Dalšími hlavními cíli bylo navržení a experimentální ověření využívání odpadního tepla z chlazení pro zvýšení efektivity při využívání chladicího zařízení. Pro možnost provádění experimentálního výzkumu bylo v rámci disertační práce postaveno zkušební chladicí zařízení, na kterém bylo možné simulovat potřebné nastavení chladicího okruhu, a to sprchování srážníku, zapojení výměníku pro zpětné získávání tepla do série se srážníkem, zapojení výměníku pro zpětné získávání tepla paralelně se srážníkem a zapojení pouze se srážníkem. Experimentální zařízení bylo doplněno potřebnými měřícími přístroji. Na počátku uvedeného výzkumu byla provedena literární rešerše a teoretický rozbor chladicích zařízení, založených na vypařování chladiva i netradičních způsobů chlazení. Práce se zabývá systémy kompresorovými založenými právě na vypařování chladiva, a proto je zde uveden i základní cyklus těchto chladicích zařízení, včetně energetického hodnocení. Dále je disertační práce zaměřena na vlastní řešení uvedených problémů. Nemalá část práce ze zabývá chladivy a jejich vývojem k současným moderním ekologickým chladivům. Možnosti používání těchto moderních chladiv jsou uváděny ve vytvořených tabulkách, které usnadní postup při výběru vhodného chladiva pro konkrétní aplikaci. Možnost snížit nároky na chlazení se skrývá i ve vhodném používání tepelných izolací, které jsou v dnešní době na vzestupu. V práci jsou probrány různé izolace pro jednotlivá místa chladicího zařízení a chlazeného prostoru a jsou vybrány nejvhodnější z nich. Jedna z hlavních je polyuretanová izolace, která má výhodné tepelně izolační vlastnosti a je v současné době nejpoužívanější izolací v chladírenství. Velké možnosti skýtá i ve výstavbě hal a výrobních závodů, kdy se ve formě sendvičových panelů používá pro stavbu obvodových stěn. Pro budoucnost začíná být zajímavá i vakuová izolace, která dosahuje nejvýhodnějších tepelně izolačních vlastností, ale vhledem k vysoké ceně se používá jen omezeně. Správně navržené spojovací potrubí u chladicích zařízení zaručuje spolehlivý a úsporný provoz. Nesprávná montáž má za následek především větší energetickou náročnost. V krajních případech může nesprávné řešení a montáž zapříčinit poruchy chladicího zařízení, nedosažení projektovaných parametrů, poškození kompresorů zadřením v důsledku nedostatku oleje, nebo nadměrné zatěžování hlav kompresoru a jejich poškození vlivem velké tlakové ztráty. Hlavní zásady navrhování a montáže spojovacího potrubí uváděné v disertační práci mohou tato rizika poškození chladicího zařízení eliminovat. Při experimentálním ověřování sprchování srážníku bylo zkušební zařízení pracující s ekologickým chladivem R507 nastaveno do režimu „pouze kondenzátor“ a byly udržovány následující kondenzační tlaky 1620 kPa, 1700 kPa a 1800 kPa a byly měněny zátěže vychlazovaného prostoru, a to 70 W, 100 W, 120 W, 140 W a 190 W. Pro udržení potřebného kondenzačního tlaku bylo prováděno sprchování vodou, u kterého byl měřen průtok a teplota. Při těchto experimentech byl sledován sací a výtlačný tlak, odpařovací a kondenzační teploty, teplota chlazeného prostoru, napětí a proud napájení zařízení. Z uvedených měření se potvrdilo výrazné zvýšení chladicího faktoru při snížení kondenzačního tlaku sprchováním. Efektivní použití odpadní vody vznikající na výparnících v chlazeném prostoru má za následek nemalé úspory na spotřebě elektrické energii při provozu chladicího zařízení. Pokud je možné využít samospádu kondenzační vody, je efekt

26

úspory mírně výraznější, protože při použití čerpadla kondenzátu se celková spotřeba zařízení zvýší jen o cca 3% Dále byly experimentálně ověřeny možnosti využívání odpadního tepla z chlazení, a to zapojení výměníku pro využívání odpadního tepla paralelně, či sériově se srážníkem. Jako jednoznačně výhodnější je zapojení výměníku pro zpětné získávání tepla do série, které skýtá velké praktické výhody. Jedná se o jednoduchou montáž a regulaci. V případě odebrání předehřívané teplé užitkové vody dojde k výraznému zvýšení chladicího faktoru. Vzhledem k využívání odpadního tepla z chlazení byl definován poměrný energetický přínos, který v sobě zahrnuje jak využívání chladu, tak využívaní odpadního tepla. Také bylo v práci navrženo a ověřováno používání akumulačních výměníků, které eliminují nesoučasnost potřeby chladu a potřeby tepla. Využití přímých výměníků je totiž velmi nevýhodné, protože vstupní náklady jsou srovnatelné s akumulačními výměníky, ale výrazně se snižuje využité odpadní teplo a tím se prodlužuje návratnost vložených investic. Teoreticky a experimentálně získané informace byly aplikovány pro praktické využití, a to v prováděcím projektu „Zpracovatelské a distribuční centrum drůbežího masa“ [III]. V závěru je uvedeno termovizní měření zařízení již zrealizovaného akumulačního získávaní odpadního tepla z chlazení pro předehřev teplé vody používané v potravinářském provozu, které závěry a výsledky disertační práce potvrzuje. V rámci disertační práce byly splněny všechny cíle. Byl uveden postup při výběru vhodného chladiva a izolací pro chladicí zařízení. Je zde popsán postup při dimenzování potrubí chladicích zařízení včetně praktických doporučení a uvedení rizik nevhodného dimenzování. Experimentálně byla ověřena výhodnost sprchování srážníků, kdy byla prokázána přímá úspora na celkové spotřebě chladicího zařízení. Experimentálně bylo ověřeno zapojení výměníku pro zpětné získávání tepla s ohledem na spotřebu chladicího zařízení a získaného odpadního tepla . Tyto poznatky byly aplikovány na praktický příklad nízkoenergetického chladicího zařízení se zpětným získáváním tepla za pomocí akumulačního výměníku zapojeného do série se srážníkem. Z výsledků disertační práce, především v oblasti sprchování srážníků a využívání odpadního tepla z chlazení, jsou zřejmé jednoznačné úspory na spotřebě energie pro provoz takového chladicího zařízení. Ve spojení s aktuálními ekonomickými ukazateli, jako je cena zařízení, cena energií aj. lze najít i optimální řešení konkrétních problémů. Teoretická a experimentálně ověřená řešení energeticky úsporných chladicích zařízení byla použita i při řešení některých dalších projektů, viz publikační činnost [III], [IV], [V] a [VII].

9.

Conclusion

The submitted dissertation work was focused on development of energy saving cooling equipment with orientation on compressor cooling systems based on coolant evaporation. These cooling systems are most common in practical applications and their correct design significantly decreases electricity consumption and increases service life of this equipment. The important objectives of the dissertation work include experimental verification of suitability of spraying of the condenser with the condensate originating in the evaporators or spraying with water from external sources. Another main objective was design and experimental verification of using of the waste heat from cooling for increasing of the efficiency when using the cooling equipment. To enable performance of the experimental research, within the scope of the dissertation work I built a testing cooling device on which it was possible to simulate the necessary setting of the cooling circuit, i.e. spraying of the condenser, connection of the exchanger for reverse heat gain in series with the condenser, connection of the exchanger for

27

reverse heat gain parallel with the condenser and connecting of the condenser only. The experimental device was completed by the necessary measuring devices. At the beginning I performed research of the bibliography and technological analysis of cooling devices based on evaporation of coolant as well as untraditional ways of cooling. The work deals with compressor systems based on evaporation of coolant and thus it specifies also the basic cycle of these cooling devices, including the energy consumption assessment. The dissertation work is also focused on the actual solution of the specified problems. Considerable part of the work also deals with coolants and their development to the current modern environmentally friendly coolants. Possibilities of using these modern coolants are specified in the created tables which will make it easier to choose a suitable coolant for a particular application. Possibility of decreasing demands for cooling is also guaranteed by suitable use of heat insulation which is currently increasing. The work discusses various insulations for the individual parts of the cooling device and the cooled area and the most suitable ones are selected. One of the main ones is polyurethane insulation which has suitable heat insulation properties and currently is the most used insulation in cooling industry. It also opens great possibilities for construction of halls and production plants when it is used for construction of perimeter walls in the form of sandwich panels. Also vacuum insulation will be interested in future, which shows the most suitable heat insulation properties but with regard to its high price it is only used to a limited extent. Correctly designed connecting piping of cooling equipment ensures reliable and economical operation. Incorrect assembly results mainly in higher energy demands. In extreme cases an incorrect solution and assembly cause defects of the cooling equipment, non-achievement of the designed parameters, damage of compressors due to jamming as a result of lack of oil or excessive strain of the compressor heads and their damage due to a big pressure loss. The main principles of design and assembly of connecting pipes specified in the dissertation work can eliminate these risks of damage to the cooling equipment significantly. During experimental verification of condenser spraying, the testing equipment working with the environmentally friendly coolant R507 was set in the mode “only condenser” and the following condensation pressures were maintained: 1,620 kPa, 1,700 kPa and 1,800 kPa and the load of the cooled area was changed, i.e. 70 W, 100 W, 120 W, 140 W and 190 W. To maintain the required condensation pressure we performed spraying with waster for which the flow and temperature were measured. During these experiments the suction and delivery pressure, evaporation and condensation temperatures, temperature of the cooled area and supply voltage and current of the equipment were monitored. The mentioned measuring proved significant increase of the cooling factor when the condensation pressure was decreased by means of spraying. Efficient use of waste water originating on evaporators in the cooled area results in significant savings of electricity during the operation of the cooling device. If it is possible to use the gravity flow, the effect of savings is slightly more significant, as when a condensate pump is used, the total equipment consumption is only increased by approx. 3 % I also experimentally verified possibilities of use of waste heat from cooling, i.e. connecting of exchanger for using of waste heat parallel or in series with a condenser. The positively most suitable is connection of the exchanger for reverse gain of heat in series, which brings big practical advantages. These include simple assembly and regulation, in case of consumption of pre-heated hot domestic water will result in significant increase of the cooling factor. With regard to using of waste heat from cooling, the proportionate energy contribution was defined, which includes both using of cold and using of waste heat. The work also designed and verified using of accumulation exchangers, which eliminate nonsimultaneousness of the need of cold and need of heat. Use of direct exchangers is highly

28

disadvantageous as the input costs are comparable with accumulation exchangers but the waste heat used is decreased significantly and thus the return of the investments is longer. The information gained through theory and experiments were applied on practical uses, in the performance project “Poultry meat processing and distribution centre” [III]. The conclusion mentions a thermo-vision measuring device of the performed accumulation gain of waste heat from cooling for pre-heating of hot water used in the food processing plant, which confirms the conclusions and results of the dissertation work. The dissertation work fulfilled all the objectives. It specifies a procedure of selection of a suitable coolant and insulation for the cooling device. It describes a procedure of dimensioning of pipes of the cooling device, including practical recommendations and specification of risks arising from unsuitable dimensioning. Suitability of spraying of condensers was verified by an experiment when direct saving of the total cooling device consumption was checked. Connection of the exchanger for reverse heat gain with regard to consumption of the cooling device and gained waste heat was verified by an experiment. These findings were applied on a practical example of low-energy cooling device with reverse heat gain by means of an accumulation exchanger connected in series with a condenser. The results of the dissertation work, mainly in the area of spraying of condensers and using of waste heat from cooling, show clear savings of energy consumption for operation of such a cooling device. In connection with the current economic indicators, such as the price of the equipment, price of energies etc., it is also possible to find an optimum solution of particular problems. Theoretical and experimentally verified solutions of energy saving cooling equipment were used in solution of some other projects, see publication activities [III], [IV], [V] and [VII].

Seznam nejdůležitějších označení A cv cp cr d h m .

m .

mr

p P q q0 Q .

QC S t T v w .

Z

[J] [J.kg-1.K-1] [J.kg-1.K-1] [J.kg-1.K-1] [m] [J.kg-1] [kg]

práce měrná tepelná kapacita za konstantního objemu měrná tepelná kapacita za konstantního tlaku měrná tepelná kapacita chladiva průměr potrubí měrná entalpie hmotnost

[kg.s-1]

hmotnostní tok

[kg.s-1] [Pa] [W] [J.kg-1] [J.kg-1] [J]

hmotnostní tok chladiva tlak příkon chladicího zařízení měrné teplo měrná chladivost teplo předávané

[W] [m2] [°C] [K] [m3.kg-1] [m.s-1]

chladicí výkon průřez teplota Celsiova teplota absolutní měrný objem rychlost

[W]

tepelná zátěž chlazeného prostoru

29

Řecká abeceda εch εtop η ηmax ηVT λ ρ τ

[-] [-] [-] [-] [-] [W.m-1.K-1] [kg.m-3] [s]

Dolní indexy 1,2,3… A,B,C,D,E,V C H O K VT V

stavy látky indexy vztahující se k teplotám hodnota vztahující se k ději s chladnou tekutinou hodnota vztahující se k ději s horkou tekutinou hodnota vztahující se k ochlazovanému ději hodnota vztahující se ke srážníku - kondenzátoru hodnota vztahující se k výměníku pro využívání odpadního tepla hodnota vztahující se k předehřívané vodě

chladicí faktor topný faktor reálný poměrný energetický přínos maximální poměrný energetický přínos účinnost výměníku pro využití odpadního tepla součinitel tepelné vodivosti hustota čas

Literatura: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]

30

BÄCKSTRÖM, M., Technika chlazení, Státní nakladatelství technické literatury, Praha 1959. DVOŘÁČEK, K., CSIRIK, V., Projektování elektrických zařízení, IN-EL, Praha, 1999. DVOŘÁK, Z., ČERVENKA,O., Průmyslová chladicí zařízení, Státní nakladatelství technické literatury, Praha 1962. DVOŘÁK, Z., Základy chladicí techniky, skripta, Ediční středisko ČVUT, Praha 1, Husova 5, leden 1982. FENCL, Z., Zpravodaj Svazu chladicí a klimatizační techniky, květen 2005. Firemní materiály, Solvay Fluor GmbH, Hasn-Böckler-Alle 20, D-30173, Hannover. HOCH, V., Chladicí technika, skripta, Nakladatelství VUT Brno, Brno 1992. CHLUMSKÝ, V, a kolektiv: Technika chlazení, SNTL-Nakladatelství technické literatury,Technický průvodce svazek 48, Praha 1971. CHLUMSKÝ, V., Hluboké teploty, Sborník Čs. vědecké technické společnosti pro strojnictví při ČSAV, sv. 3., Nakladatelství Československé akademie věd., Praha 1959. CHLUMSKÝ, V., Chladicí technika, Sborník Čs. vědecké technické společnosti pro strojnictví při ČSAV, sv. 1., Nakladatelství Československé akademie věd., Praha 1958. CHYSKÝ, J., HEMZAL, K., a kolektiv, Větrání a klimatizace, technický průvodce, Bolit- B press, 1993. IBL, V, a kolektiv., Využití netradičních zdrojů energie chladicí a klimatizační technikou v průmyslových, zemědělských a obytných objektech, sborník přednášek, ČVTS – strojnická společnost a ZP fakulty strojní ČVUT, 1977. PAVELEK, M. a kol.: Termomechanika. Skripta. VUT FSI, Brno 2007.

[14] [15] [16] [17] [18] [19]

PAVELEK, M., JANOTKOVÁ, E., ŠTĚTINA, J.: Vizualizační a optické měřicí metody. Hypertextová skripta, FSI VUT Brno 2007. http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/optika/. PAVELEK, M., ŠTĚTINA., J., Experimentální metody v technice prostředí, skripta, VUT Brno, Nakladatelství VUTIUM, Kounicova 67a, 2007. SZÉKYOVÁ, M., FERSTL, K., NOVÝ, R., Větrání a klimatizace, Jaga Group, Bratislava, 2006. TESTO – firemní materiály. http://testo.cz/. ULRICH, J.H. SMUTNÝ, F., Chladící technika II, Překlad: Svaz CHKT s.r.o., Komunardů 6,Praha 7, Praha 2000., ISBN 80-238-5889-0. URBAN, M., Čpavková chladicí zařízení v potravinářském průmyslu, Státní nakladatelství technické literatury, Praha, 1956.

Publikační činnost [I] [II] [III]

[IV] [V] [VI] [VII] [VIII] [IX] [X] [XI] [XII] [XIII]

Formánek M., Potrubní systémy v chladicím zařízení, VVI, Odborný časopis Společnosti pro techniku prostředí, (přijato k publikaci). Formánek M., Posudek k havárii komína a technická opatření, Lesy české republiky Hradec Králové, červen, 2008. Formánek M., Technická zpráva a projekt pro stavební povolení, Zpracovatelské a distribuční centrum drůbežího masa, část chlazení, Zelenka s.r.o., Židlochovice, květen, 2008. Formánek M., Technická zpráva a prováděcí projekt, Jatka a uzenářská výroba, Steinhauser Tišnov, květen 2008. Formánek M., Technická zpráva a projekt pro stavební povolení, Zpracovatelské a distribuční centrum drůbežího masa, část VZT, Zelenka s.r.o., Židlochovice, duben, 2008. Formánek M., Technická zpráva a projekt pro stavební povolení, Rekonstrukce mrazíren a chladíren, první etapa, ZOO města Brna, březen, 2008. Formánek M., Technická zpráva a prováděcí projekt, Výrobna uzenin a lahůdek, Steinex Brno, leden 2008 Formánek M. Zpráva o revizi elektrického zařízení silového č. 028/07, Technologie chlazení v objektu Petr Hemerka Brno Slatiny, listopad, 2007. Formánek M., Technická zpráva a projekt pro stavební povolení, Montáž chladicího boxu a dopojení VZT prodejna č.0.11.01, v nákupním centru PLAZA Plzeň, září, 2007. Formánek M. a kolektiv., Technická zpráva a projekt pro změnu užívání stavu, Montáž PUR panelů a chladícího zařízení, investor - Pohřební a hřbitovní služby města Brna, srpen 2007. Formánek M., Zpráva o revizi elektrického zařízení silového č. 005/07, Technologie chlazení v objektu, Kazda, Na Hrázi 14, 664 47 Střelice, červen,2007. Nechvátal L., Formánek M., Technická zpráva a projekt pro stavební řízení, Novostavba provozní budovy část vytápění, plynofikace a VZT, Investor Jiří Mrkvica, červen až listopad 2006. Formánek M. a kolektiv., Návod k obsluze a dokumentace k certifikaci na přístěnné chladící vitríny řada HIRUNDO ŠOLA SPECIÁL a HIRUNDO UNIVERZÁL, certifikát č. E-31-00244-05, duben 2005.

31

Životopis autora Jméno: Datum narození: Místo narození: Bydliště: E-mail:

Marian Formánek 15.06.1973 Vyškov Velešovice 155, 683 01 p.Rousínov [email protected]

Vzdělání: Doktorský studijní program VUT v Brně, 2001 – dosud - Fakulta strojního inženýrství. Obor: Konstrukční a procesní inženýrství. Specializace: Technika prostředí. Zaměření: Vývoj energeticky úsporných chladicích zařízení. Inženýrský studijní program VUT v Brně, 1995 – 2000 Strojní fakulta, Ústav techniky prostředí. Téma diplomové práce: Využití tepla z odváděných spalin ze sušící pece pro teplovodní systém. Vzdělávací programy a osvědčení: OSVĚDČENÍ O AUTORIZACI vydané Českou komorou autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě, podle zákona ČNR č.360/1992, autorizovaný inženýr v oboru technologická zařízení staveb, číslo autorizace: 1004074, vydané dne: 10.12.2004. OSVĚDČENÍ ev.č.:4855/7/06/R-EZ-E2/A, vydané Institutem technické inspekce Praha, pobočka Ostrava k provádění revizí vyhrazených elektrických zařízení s napětím do 1000V, včetně hromosvodů v objektech třídy A, vydané dne: 25.6.2006. CERTIFIKÁT ODBORNOSTI vydaný Českou komorou autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě, vydán dne 31.12.2006. Výzkumné aktivity: • Technické řešení využití odpadního tepla za pomocí akumulačního výměníku pro předehřev teplé vody v následujících projektech. Projekt pro stavební povolení, Zpracovatelské a distribuční centrum drůbežího masa, část chlazení, Zelenka s.r.o., Židlochovice, prováděcí projekt, Jatka a uzenářská výroba, Steinhauser Tišnov a prováděcí projekt, Výrobna uzenin a lahůdek, Steinex Brno. • Experimentální chladicí zařízení s výměníkem pro zpětné využívání odpadního tepla. • Spoluautor speciálního mrazícího zařízení pro šokové zmrazování masa, instalováno ve firmě STEINHAUSER s.r.o. Tišnov. • Spoluautor rychlozchlazovacího tunelu na chlazení čokolády, instalováno ve firmě Čokoládovny Fikar s.r.o. Kuřim. • Autor hlubokomrazící truhly pro chlazení vnějších kroužků ložisek na teplotu –40°C, instalováno ve firmě BMT a.s. Brno. • Spoluautor rychlozchlazovacího tunelu na chlazení knedlíků, instalováno ve firmě SVOBODA s.r.o. Blučina.

32