Wybór obliczeniowych parametrów
powietrza nawiewanego
Usuwanie zysków ciepła jawnego
Jeśli dane jest źródło ciepła o mocy , działające w sposób ciągły i
znajdujące się w hermetycznie zamkniętym pomieszczeniu, to
temperatura w tym pomieszczeniu
t
P
,
będzie wzrastać do
momentu, gdy przepływ ciepła przez przegrody pomieszczenia o
powierzchni
F
i współczynniku przenikania ciepła
K
zrównoważy
moc wewnętrznego źródła ciepła
)
(
z
p
t
t
FK
Q
gdzie t
z
jest temperaturą powietrza zewnętrznego.
Tak więc
FK
Q
t
t
Z
p
co oznacza, że temperatura t
P
będzie zawsze wyższa od
temperatury t
Z
Przykład
Należy obliczyć temperaturę powietrza w pomieszczeniu (w stanie
ustalonym) o wymiarach 3x3x3 m, jeśli wartość średniego
współczynnika przenikania ciepła przez otaczające go
przegrody K wynosi 1,1 W/(m
2
• K), temperatura powietrza
zewnętrznego t
z
wynosi +27°C, a zyski ciepła Q wynoszą 2 kW.
Odpowiedź
Korzystając zrównania, otrzymujemy
o
C
Uzyskana w powyższym przykładzie temperatura jest zatem zbyt
wysoka i niepożądana dla użytkowników pomieszczenia.
Podstawowym środkiem zaradczym jest w tym przypadku
wprowadzenie wentylacji mechanicznej.
7
,
60
7
,
33
27
1
,
1
3
6
2000
27
2
p
t
• Jeśli powietrze zewnętrzne o gęstości
z
i cieple właściwym c
p
będzie dostarczane do rozważanego pomieszczenia z krotnością
wymiany n i temperatura powietrza w pomieszczeniu wzrośnie do
wartości t
P
, to zaabsorbuje ono pewną ilość ciepła. Gdy założymy,
że objętość pomieszczenia (kubatura) wynosi V, to nowe równanie
bilansu cieplnego przyjmuje postać
)
(
)
(
3600
Z
p
z
p
p
Z
t
t
FK
t
t
nV
c
Q
skąd
uzyskamy
wartość
nowej
temperatury
powietrza
w
pomieszczeniu
FK
nV
c
Q
t
t
p
Z
Z
p
3600
3600
Pomimo że wartość t
P
stale przewyższa temperaturę t
Z
, to nadwyżka ta nie
będzie zbyt duża, ponieważ drugi człon równania będzie zawsze większy,
niż ma to miejsce w równaniu odnoszącym się do sytuacji, w której
rozważane pomieszczenie nie posiadało wentylacji.
Przykład
Obliczyć temperaturę w pomieszczeniu o parametrach i warunkach
jak w przykładzie poprzednim, przyjmując, że wymiana w nim
powietrza n osiąga wartość 10h
-1
, gęstość powietrza zewnętrznego
wynosi 1,15 kg/m
3
, jego ciepło właściwe zaś 1,005 kJ/(kgK
).
Odpowiedź
Korzystając z równania, otrzymujemy
5
,
40
5
,
13
27
)
1
,
1
3
6
3600
3
10
1005
15
,
1
/(
2000
3600
27
2
3
p
t
Wyniki rozwiązania przykładów 1 i 2 są liczbowo prawidłowe, ale niestety
wprowadzają w błąd.
Po pierwsze, temperatura powietrza doprowadzanego do pomieszczenia
wzrasta, gdy przepływa ono przez wentylator nawiewny.
Po drugie, ściany, podłogi i stropy w rozważanym pomieszczeniu
wykonane z materiałów budowlanych o określonej pojemności cieplnej
spełniają rolę zasobnika akumulującego pewną ilość ciepła i następnie
oddającego je do otoczenia, co powoduje zmniejszenie przyrostu temperatury
powietrza.
Ponadto, z analizy równania wynika, że zwiększenie wymiany powietrza
realizowanej za pomocą układów mechanicznych powoduje obniżanie się jego
temperatury.
Należy tu także dodać, że krotność wymiany powietrza większa niż 10 na
godzinę bez realizacji jego chłodzenia rzadko jest opłacalna.
Przykład
Obliczyć temperaturę zewnętrzną dla pomieszczenia o parametrach i
warunkach jak poprzednio, która w warunkach stanu ustalonego
zapewni temperaturę wewnętrzną równą 22°C. Należy przyjąć, że
wskutek przepływu powietrza przez wentylator nawiewny jego
temperatura wzrośnie o około 0,5°C oraz pominąć pojemność
cieplną pomieszczenia.
Odpowiedź
Z równania uzyskamy
22°C = t
Z
+13,4+0,5
t
Z
=8,l°C
Zatem straty ciepła przez przegrody pomieszczenia łącznie ze
skutkiem chłodzenia uzyskanym w wyniku wentylacji o krotności
wymiany 10 na godzinę powietrzem zewnętrznym o temperaturze
8,1°C dokładnie zrównoważą wewnętrzne zyski ciepła o wartości 2
kW. Oczywiście, jeśli w pomieszczeniu ma być przez cały rok
utrzymywana temperatura t
P
= 22°C przy zyskach ciepła równych 2
kW, to w przypadku, gdy temperatura zewnętrzna będzie wyższa
niż 8,1°C, powietrze to należy ochładzać
zysk ciepła
Można to uogólnić następująco:
usuwane ciepło (zysk ciepła)
= strumień masy powietrza
nawiewanego
x ciepło właściwe powietrza x przyrost temperatury
powietrza
gdzie:
m to strumień masy powietrza doprowadzanego (nawiewanego),
t
N
zaś jego temperatura.
Przy znanej temperaturze nawiewu strumień masy powietrza
nawiewanego można zastąpić strumieniem jego objętości V
t
,
który równa się ilorazowi m/ρ
t
gdzie ρ
t
jest gęstością powietrza w
temperaturze t. Stosując prawo Charlesa i zapisując
ρ
t
=ρ
z
(273 +
t
Z
)/(273 +t),
gdzie ρ
z
jest gęstością powietrza w temperaturze t
z
,
można napisać, że usuwane ciepło jawne
)
(
N
p
p
t
t
c
m
Q
)
(
)]
273
/(
)
273
(
[
N
p
p
Z
Z
t
t
t
c
t
t
V
Q
Jeżeli przyjmiemy, że przy temperaturze termometru suchego
równej 20°C, ρ
z
= 1,191 kg/m
3
oraz wstawimy
c
p
= 1,005 kJ/kgK, wtedy otrzymamy
350
273
)
(
_
273
273
)
(
_
t
t
t
usuwane
ciepo
t
t
c
t
t
usuwane
ciepo
V
N
p
z
p
z
N
p
t
Jeśli usuwane ciepło jest wyrażone w kW, to strumień objętości
powietrza V
t
uzyskiwany jest w m
3
/s, jeżeli zaś zyski ciepła
wyrażone są w W, to V
t
w l/s. Równanie można zastosować również
do ustalania strat ciepła; w tym przypadku oczywiście
temperatura t
N
(powietrza nawiewanego) musi być wyższa od
temperatury t
P
(w pomieszczeniu).
Przykład
W pomieszczeniu o wymiarach 3 x 3 x 3 m występują zyski ciepła Q
= 2kW. Temperatura powietrza w pomieszczeniu powinna być
utrzymywana na poziomie t
P
= 22°C (wg termometru suche go) w
wyniku nawiewu chłodnego powietrza. Przyjmując, że
temperatura powietrza nawiewanego t
N
wynosi 13°C (wg
termometru suchego), obliczyć:
• strumień masy powietrza nawiewanego do pomieszczenia, kg/s,
• strumień objętości powietrza nawiewanego, m
3
/s,
• strumień objętości powietrza, które musi być usuwane, przy
założeniu, że nie ma infiltracji ani eksfiltracji.
Przyjąć ciepło właściwe powietrza c
p
= 1,005 kJ/(kgK).
Odpowiedź
a) Stosując równanie, otrzymujemy
2196
,
0
)]
13
22
(
005
,
1
/[
2
m
kg/s
b) Stosując równanie, uzyskujemy
1775
,
0
350
13
273
)
13
22
(
2
13
V
m
3
/s przy t
N
= 13
o
C
Należy podkreślić, że dla danego określonego strumienia masy
sensowne jest korzystanie z pojęcia „strumień objętości", gdy
podana jest temperatura powietrza, co nie zawsze jest
przestrzegane.
c) Aby przekonać
się o zmianie strumienia objętości powietrza,
wystarczy obliczyć ilość powietrza usuwanego z pomieszczenia.
Przy założeniu, że nie występuje infiltracja ani eksfiltracja
powietrza, strumień masy powietrza usuwanego w sposób
mechaniczny musi być równy strumieniowi masy powietrza
nawiewanego. Wykorzystując równanie, otrzymamy
• m
3
/s przy t
N
= 22
Warto zauważyć, że podobny wynik można uzyskać, stosując prawo
Charlesa
1831
,
0
350
22
273
)
13
22
(
2
22
V
1831
,
0
286
295
1775
,
0
13
273
22
273
13
22
V
o
C
• równanie może znaleźć zastosowanie do określenia strumienia
objętości powietrza przy każdej żądanej temperaturze dla danego
stałego strumienia masy powietrza. Jest ono często upraszczane, co
polega na obliczaniu strumienia objętości powietrza w temperaturze
13°C. Wtedy
)
8
,
0
(
)
(
)
_(
_
_
350
)
13
273
(
)
(
)
_(
_
_
N
p
N
p
t
t
kW
jawnego
ciepla
zysk
t
t
kW
jawnego
ciepla
zysk
Strumień objętości powietrza (m
3
/s
)
Wadą powyższego równania jest nieuwzględnienie korekty temperatury,
wynikającej z prawa Charlesa; wyniki są poprawne tylko dla powietrza o
temperaturze 13°C. Należy jednak dodać, że nieprawidłowość ta w
większości zastosowań klimatyzacji komfortu ma niewielkie znaczenie.
Pojemność cieplna powietrza wilgotnego
Powietrze, które jest nawiewane do klimatyzowanego pomieszczenia
w celu usuwania zysków ciepła jawnego, jakie w nim występują,
jest mieszaniną powietrza suchego i przegrzanej pary wodnej. Te
dwa gazy tworzące mieszaninę mają zawsze tę samą
temperaturę; ogrzewają się, przejmując zyski ciepła jawnego.
Jednak przejmować one będą różne ilości ciepła jawnego,
ponieważ - po pierwsze - ich masy są różne, a - po drugie - także
różne są wartości ich ciepła właściwego.
Dany jest 1 kg powietrza suchego z towarzyszącą mu zawartością
wilgoci x (kg) pary przegrzanej nawiewany o temperaturze t
N
do
pomieszczenia z zyskami ciepła jawnego Q (kW), przy czym w
pomieszczeniu powinna być utrzymana temperatura t
P
. Zatem
równanie bilansu ciepła jawnego ma postać
)
(
860
,
1
)
(
005
,
1
1
N
p
N
p
t
t
x
t
t
Q
gdzie:
1,005 kJ/(kgK) i 1,860 kJ/(kgK) są odpowiednio wartościami ciepła
właściwego przy stałym ciśnieniu powietrza suchego i pary wodnej
.
Po przekształceniu równanie ma postać
Wyrażenie (1,005 + l,86x) jest określane niekiedy ciepłem
właściwym powietrza wilgotnego.
Biorąc pod uwagę tę niezwykle małą pojemność cieplną
przegrzanej pary wodnej stanowiącej część powietrza
nawiewanego (lub zawartość wilgoci), otrzymuje się nieco
dokładniejszą odpowiedź w przypadku niektórych problemów.
)
)(
86
,
1
005
,
1
1
(
N
p
t
t
x
Q
Przykład
Obliczyć dokładnie strumień masy powietrza suchego, który musi być
nawiewany do pomieszczenia opisanego poprzednio. Zawartość wilgoci
w powietrzu wynosi 7,500 g/kg powietrza suchego, a ciepło właściwe
przegrzanej pary wodnej przy stałym ciśnieniu 1,86 kJ/(kgK).
Odpowiedź
Korzysta się z podstawowego równania:
zyski ciepła jawnego usuwane przez powietrze (kJ/s) = strumień masy
powietrza (kg/s) x ciepło właściwe powietrza wilgotnego kJ/(kg • K) x
zmiana temperatury (K)
•
kg/s
Wynik ten należy porównać z wartością 0,2196 kg/s, tj. odpowiedzią a) w
przykładzie 4. Należy również zwrócić uwagę na to, że dla ww. zawartości
wilgoci ciepło właściwe powietrza wilgotnego wynosi 1,0197 kJ/(kgK).
•
)
13
22
(
86
,
1
0075
,
0
005
,
1
1
(
2
m
2166
,
0
)
13
22
(
)
86
,
1
0075
,
0
005
,
1
1
(
2
m
Usuwanie zysków ciepła utajonego
• Jeśli powietrze w pomieszczeniu nie znajduje się w stanie nasycenia,
to para wodna wydzielająca się w nim powodować będzie wzrost
zawartości wilgoci w powietrzu wewnętrznym. Wydzielanie pary jest
skutkiem dowolnego procesu parowania, np. pocenia się części osób
znajdujących się w pomieszczeniu. Ponieważ proces parowania
wymaga dostarczenia ciepła, to zwykle przy wzroście wilgotności
powietrza w pomieszczeniu mówi się raczej o zyskach ciepła
(utajonego) niż o strumieniu masy odparowanej wody (kg/s).
• Zyski ciepła występujące w pomieszczeniu rozważa się z podziałem
na dwa rodzaje:
zyski ciepła jawnego i zyski ciepła utajonego.
Mieszanina powietrza suchego i pary wodnej nawiewana do
pomieszczenia ma wobec tego do spełnienia dwa zadania. Wstępnie
jest ona dość chłodna i jej temperatura rośnie do temperatury
powietrza w pomieszczeniu (wg termometru suchego) w wyniku
przejmowania zysków ciepła jawnego. Początkowa zawartość wilgoci
jest również dość mała i zwiększa się do zawartości wilgoci w
powietrzu wewnętrznym w wyniku przejmowania zysków ciepła
utajonego.
Zmiana parametrów powietrza nawiewanego do
pomieszczenia
Strumień masy m (kg/s) powietrza suchego z towarzyszącą mu zawartością wilgoci x
(kg/kg powietrza suchego) jest nawiewany w stanie N do pomieszczenia
klimatyzowanego, w którym występują tylko zyski ciepła jawnego. Wtedy
temperatura powietrza będzie rosła, w wyniku przejmowania zysków ciepła jawnego.
Parametry wynikowe powietrza w pomieszczeniu byłyby oznaczone punktem A Jeśli
poza tym w pomieszczeniu występują zyski ciepła utajonego, spowodowane
parowaniem wody (np. z powierzchni skóry ludzi) bez dalszego zwiększania zysków
ciepła jawnego, wtedy stan powietrza w pomieszczeniu przesunie się od punktu A do
P, w przybliżeniu wzdłuż linii stałej temperatury wg termometru suchego. Zawartość
wilgoci w powietrzu, którego stan wyznacza punkt P, zależy właśnie od zysków ciepła
utajonego. Jeśli znane są: strumień masy powietrza suchego nawiewanego i
towarzysząca mu zawartość wilgoci, to wtedy jest możliwe obliczenie przyrostu
zawartości wilgoci w powietrzu wewnętrznym na podstawie danych zysków ciepła
utajonego:
zyski ciepła utajonego = strumień masy nawiewnego powietrza suchego
(kg/s) x
x przyrost zawartości wilgoci (kg/kg powietrza suchego) x ciepło
parowania (kJ/kg) =
gdzie:
m
p
to strumień masy powietrza suchego, x
P
i x
N
oznaczają odpowiednio zawartość
wilgoci w pomieszczeniu i w powietrzu nawiewanym, r jest zaś ciepłem parowania
wody.
r
x
x
m
N
p
p
)
(
• Zgodnie z równaniem
• zyski ciepła utajonego
Jeżeli założymy ρ
z
= 1,191 kg/m
3
, przy temperaturze powietrza suchego t
z
=
20°C i wilgotności względnej równej 50% oraz r = 2500 kJ/kg, to strumień
objętości powietrza określić można ze wzoru
gdzie: V
t
jest wyrażone w m
3
/s, zysk ciepła utajonego w kW,
a różnica zawartości wilgoci x
P
- x
N
wyrażona jest w g/kg powietrza suchego
)
273
/(
)
273
(
t
t
V
m
Z
Z
t
p
)
(
)]
273
/(
)
273
(
[
N
p
Z
Z
t
x
x
r
t
t
V
872
)
273
(
)
(
_
_
t
x
x
utajonego
ciepla
zysk
V
N
p
t
Przykład
W pomieszczeniu o wymiarach 20 x 10 x 3 m ma być utrzymywana temperatura
t
P
= 20°C wg termometru suchego i wilgotność względna = 50%. Zyski ciepła
jawnego i utajonego w pomieszczeniu wynoszą odpowiednio 7,3 i 1,4 kW.
Obliczyć z równania wyjściowego strumienie objętości i masy powietrza suchego o
temperaturze t
N
= 16°C, które musi być nawiewane do pomieszczenia. Obliczyć
także zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym x
N
. Należy przyjąć gęstość
powietrza suchego p
N
= 1,208 kg/m
3
, a ciepło parowania wody r = 2500 kJ/kg.
Korzystając zrównania, obliczyć strumień objętości powietrza nawiewanego (m
3
/s)
oraz zawartość wilgoci w powietrzu (g/kg powietrza suchego).
•
Odpowiedź
• Z tablic odczytano zawartość wilgoci w powietrzu pomieszczenia: x
P
= 7,376
g/kg powietrza suchego.
•
a)
Strumień masy powietrza suchego
=
• kg/s
strumień objętości powietrza m
3
/s (w temperaturze 16
o
C)
779
,
1
019
,
1
4
3
,
7
)
86
,
1
007376
,
0
005
,
1
1
(
)
16
20
(
3
,
7
473
,
1
208
,
1
779
,
1
zyski ciepła utajonego = 1,779 kg/s x przyrost zawartości wilgoci
(kg/kg powietrza suchego) x 2500
• 1,4 = 1,779(0,007376 -x
N
) 2500
• kg/kg powietrza suchego
•
b
) Z równania otrzymuje się
strumień objętości powietrza nawiewanego
m
3
/s (w temperaturze 16
o
C)
Z równania przy wykorzystaniu wielkości strumienia objętości
powietrza, uzyskuje się
• g/kg powietrza suchego
007055
,
0
000321
,
0
007376
,
0
N
x
473
,
1
350
)
16
273
(
)
16
20
(
3
,
7
055
,
7
321
,
0
376
,
7
872
)
16
273
(
473
,
1
4
,
1
p
N
x
x
Współczynnik kątowy charakterystyki pomieszczenia
• Na wykresie psychrometrycznym charakterystyka pomieszczenia jest
prostą przechodzącą przez punkty reprezentujące stan powietrza
utrzymywany w pomieszczeniu i początkowe parametry powietrza
nawiewanego do pomieszczenia.
• Współczynnik kątowy tej prostej jest wskaźnikiem stosunku zysków ciepła
utajonego do zysków ciepła jawnego w pomieszczeniu, a określenie
wartości tego stosunku ma istotne znaczenie przy wyborze
ekonomicznych parametrów powietrza nawiewanego.
• Każdy z punktów stanu leżących na linii charakterystyki różni się od
stanu powietrza w pomieszczeniu temperaturą (wg termometru suchego)
i zawartością wilgoci. Wartości takiej pary różnic są wprost
proporcjonalne do strumienia masy powietrza nawiewanego do
pomieszczenia, przy czym zadaniem tego strumienia jest przejęcie
danych zysków ciepła lub pokrycie strat ciepła.
• Tak więc, aby utrzymać zadany stan powietrza w pomieszczeniu, punkt
stanu powietrza nawiewanego musi zawsze leżeć na linii charakterystyki
pomieszczenia. Jeśli tak nie jest, to wówczas w pomieszczeniu będzie
utrzymywana albo niewłaściwa temperatura, albo niewłaściwa
wilgotność powietrza.
Przykład
Dla pomieszczenia opisanego poprzednio obliczyć parametry powietrza
wewnętrznego, gdyby parametry powietrza nawiewanego nie wynosiły: t
N
= 16°C
(wg termometru suchego) i x
v
= 7,055 kg/kg powietrza suchego, lecz
• a) t
N
= 16°C (wg termometru suchego) i x
N
=7,986 g/kg,
• b) t
N
- 17°C (wg termometru suchego) i x
N
= 7,055 g/kg.
• Zyski ciepła są takie same jak poprzednio.
•
• Odpowiedź
•
a) Korzystając z równania, otrzymuje się
• g/kg
• Z tablic odczytano parametry powietrza w pomieszczeniu: t
P
= 20°C (wg
termometru suchego) i φ=57%.
• Uwaga
. Należy pamiętać, że strumień objętości powietrza nawiewanego V
N
=
1,473 m
3
/s o temperaturze t
N
= 16°C zapewnia utrzymanie w pomieszczeniu
temperatury t
P
= 20°C, ponieważ -jak wynika z obliczeń - asymiluje niezmienione
zyski ciepła jawnego wynoszące 7,3 kW.
307
,
8
321
,
0
986
,
7
872
)
16
273
(
473
,
1
4
,
1
N
p
x
x
• b) Korzystając zrównania, otrzymuje się
•
o
C
• Wobec tego w pomieszczeniu będzie utrzymywana temperatura t
P
=
21°C (wg termometru suchego) i x
P
= 7,376 g/kg powietrza suchego
lub t
P
= 21°C i φ
P
= 46%.
• Należy pamiętać, że korekta wynikająca z prawa Charlesa ma postać
(273 + 16), ponieważ strumień objętości powietrza nawiewanego
wynoszący 1,473 m
3
/s jest wyznaczony przy temperaturze 16°C.
Ponadto, zawartość wilgoci w pomieszczeniu pozostaje równa 7,376
g/kg powietrza suchego, ponieważ -jak wynika z przykładu -
strumień objętości tego powietrza o zawartości wilgoci 7,055 g/kg
asymiluje stałe zyski ciepła utajonego o wartości 1,4 kW, co oznacza
wzrost zawartości wilgoci o 0,321 g/kg. Innymi słowy, w tym
przykładzie założono, że zastosowane zostanie pewne urządzenie, o
którym dotychczas nie wspomniano, jak np. nagrzewnica wtórna do
podgrzania powietrza o 1 K, przy niezmienionym strumieniu masy
powietrza
21
4
17
350
)
16
273
(
473
,
1
3
,
7
N
p
t
t
Współczynnik kierunkowy charakterystyki
pomieszczenia
Obliczanie współczynnika kierunkowego charakterystyki pomieszczenia jest
bez wątpienia istotne, ponieważ wydaje się, że parametry powietrza
nawiewanego można dobrać w sposób zupełnie dowolny. Czyli, jeśli dla
dowolnego punktu stanu zostanie obliczony odpowiadający mu strumień
masy powietrza nawiewanego, to w pomieszczeniu będą utrzymane
właściwe warunki. Tak jednak nie jest.
Ekonomiczne aspekty ograniczają wybór punktu stanu powietrza
nawiewanego do wartości bliskich krzywej nasycenia. Punkt ten musi
oczywiście leżeć zawsze na linii charakterystyki pomieszczenia.
• Współczynnik kierunkowy charakterystyki pomieszczenia można obliczyć
jednym z dwóch sposobów:
• na podstawie stosunku jawnych do całkowitych zysków ciepła w
pomieszczeniu,
• wykorzystując stosunek utajonych do jawnych zysków ciepła w
pomieszczeniu.
Pierwszy sposób po prostu polega na posługiwaniu się skalą kierunkową
(kątową), która znajduje się w lewym górnym rogu wykresu
psychrometrycznego.
Przykład
Obliczyć współczynnik kierunkowy charakterystyki pomieszczenia, jeśli zyski
ciepła jawnego wynoszą 7,3 kW, a utajonego 1,4 kW.
Odpowiedź
• Zyski ciepła jawnego = 7,3 +1,4 = 8,7 kW
Obliczoną wartość współczynnika kątowego charakterystyki zaznacza się na skali
kierunkowej obok wykresu psychrometrycznego i za pomocą przykładnicy lub
pary ekierek przenosi się do dowolnego miejsca na wykresie.
Linia 00 'na skali kątomierza jest równoległa do prostej przechodzącej przez
punkty P
1
i P
2
.
Należy zdawać sobie sprawę z tego, że charakterystyka
pomieszczenia może być wykreślona w dowolnym miejscu na wykresie. Jej
nachylenie zależy tylko od zysków ciepła w pomieszczeniu, a nie od
poszczególnych parametrów powietrza w pomieszczeniu.
Współczynnik
kierunkowy charakterystyki pomieszczenia wyraża się także w postaci
stosunku zysków ciepła utajonego do zysków ciepła jawnego. Jest to metoda
prawidłowa, lecz nieco mniej dokładna jest jej wersja, która polega na
obliczaniu stosunku wilgoci wchłoniętej przez powietrze nawiewane do
przyrostu temperatury powietrza (wg termometru suchego).
84
,
0
7
,
8
3
,
7
_
_
_
_
o
calkowiteg
ciepla
zyski
jawnego
ciepla
zyski
Sposób korzystania ze skali kierunkowej wykresu
psychrometrycznego
Korzystając z równań , można napisać
)
_(
_
_
)
_(
_
_
kW
jawnego
ciepla
zyski
kW
o
utajnioneg
ciepla
zyski
t
t
t
s
m
powietrza
objębjęto
strumie
ń
t
x
x
s
m
powietrza
objębjęto
strumie
ń
N
p
N
p
273
350
)
/
_(
_
_
273
872
)
/
_(
_
_
3
3
872
350
)
_(
_
_
)
_(
_
_
kW
jawnego
ciepla
zyski
kW
o
utajnioneg
ciepla
zyski
t
t
x
x
N
p
N
p
872
350
)
_(
_
_
)
_(
_
_
kW
jawnego
ciepla
zyski
kW
o
utajnioneg
ciepla
zyski
t
x
• Charakterystyka pomieszczenia nie musi koniecznie być
nachylona w dół od prawej do lewej strony wykresu, jak to
pokazano na rys.To nachylenie charakterystyki wskazuje na
występowanie jawnych i utajonych zysków ciepła. Jednak nie
zawsze są obydwa rodzaje zysków ciepła
• Na przykład w zimie w pomieszczeniu mogą występować straty
ciepła jawnego oraz zyski ciepła utajonego. W takich
okolicznościach charakterystyka może być nachylona w dół od
lewej do prawej strony wykresu jak na rys. a.
• Jest także możliwe, że do pomieszczenia dopływa przez infiltrację
duża ilość powietrza zewnętrznego o zawartości wilgoci mniejszej
niż w powietrzu pomieszczenia. Wtedy straty ciepła utajonego
występują łącznie ze stratami ciepła jawnego (albo nawet z
zyskami ciepła jawnego). Charakterystyka pomieszczenia, w
przypadku, gdy występują straty ciepła utajonego i jawnego,
byłaby skierowana w górę od lewej do prawej strony wykresu, jak
na rys. b.
Przykład
W pomieszczeniu opisanym poprzednio występują w zimie straty ciepła
jawnego 3 kW i zyski ciepła utajonego 1,2 kW. Obliczyć niezbędne
parametry powietrza nawiewanego do pomieszczenia. Założono, że
wentylator nawiewny tłoczy taki sam strumień objętości powietrza w
lecie i w zimie, a także że nagrzewnica potrzebna do ogrzewania
powietrza w zimie jest usytuowana po stronie ssawnej wentylatora.
Odpowiedź
• Strumień objętości powietrza nawiewanego wynosi 1,473 m
3
/s. Ten
strumień objętości powietrza jest taki sam w zimie, choćby jego
temperatura była dużo wyższa niż 16°C przyjęta do obliczeń w
warunkach lata, ponieważ wentylator tłoczy taki sam strumień
objętości powietrza.
Przygotowanie powietrza nawiewanego do pomieszczenia
klimatyzowanego: a) schemat urządzenia, b) przebieg procesu
psychrometrycznego
Ponieważ straty ciepła mają być pokryte przez powietrze nawiewane, musi być ono
ogrzewane do temperatury t
N
.
• Z równania otrzymuje się
• Są dwa sposoby rozwiązania tego liniowego równania.
•
1. Oblicza się temperaturę powietrza nawiewanego
•
o
C
•
2
. Stosuje się kolejne przybliżenia
. Zakłada się wstępnie wartość t
N
, np. t
N
= 25°C, i
podstawia ją do wyrażenia (273 + t
N
). Wówczas z równania otrzymuje się
•
o
C
• Kolejne przybliżenie t
N
= 22°C. Wtedy
•
o
C
350
273
)
20
(
3
473
,
1
N
N
t
t
)
273
(
350
3
20
473
,
1
473
,
1
N
N
t
t
68
,
21
N
t
70
,
21
70
,
1
20
350
)
25
273
(
473
,
1
3
20
N
t
68
,
21
350
)
22
273
(
473
,
1
3
20
N
t
• Z równania
• g/kg
W rezultacie stan powietrza nawiewanego określony jest punktem N o
parametrach t
N
= 21,68°C (wg termometru suchego) i x
N
= 7,096 g/kg.
Punkt N musi leżeć na linii charakterystyki pomieszczenia. Jest to
oczywiste, gdyż
• Δt = 1,68 K i Δx = 0,28 g/kg
Tak więc
• g/(kgK)
• Uwaga.
Nachylenie charakterystyki uważa się za dodatnie, gdy w
pomieszczeniu występują łącznie zyski ciepła jawnego i utajonego bądź
równoczesna strata obydwu wielkości. Nachylenie charakterystyki
uważa się za ujemne, gdy znaki przy Δx i Δt są przeciwne
• g/(kgK)
096
,
7
280
,
0
376
,
7
872
)
68
,
21
273
(
473
,
1
2
,
1
376
,
7
N
x
167
,
0
68
,
1
28
,
0
t
x
167
,
0
68
,
1
28
,
0
t
x
Zyski ciepła spowodowane pracą wentylatora
• Przepływ strumienia powietrza przez przewody związany jest ze
stratami energii i aby zapewnić ten przepływ, wentylator musi
dostarczać energię do strumienia powietrza. Rozpraszanie energii w
układzie przewodów jest widoczne jako zmiana ciśnienia całkowitego w
strumieniu powietrza, a wskaźnikiem energii napędowej pobranej
przez wentylator jest ciśnienie całkowite wytwarzane przez wentylator.
• Ostatecznie wszystkie straty energii strumienia powietrza zamieniają
się w ciepło (chociaż część ich ujawnia się jako hałas w sieci
przewodów). Tak więc można ułożyć równanie bilansu energii wiążące
energię dostarczaną przez wentylator i energię traconą przez strumień
powietrza. To znaczy, że strata ciśnienia w strumieniu powietrza
przepływającego przez sieć przewodów i elementy urządzenia
stawiające opór może być traktowana jako adiabatyczne rozprężanie
powietrza, które musi być wyrównane adiabatycznym sprężaniem
powietrza w wentylatorze.
• W dalszych rozważaniach przyjmuje się, że cała moc przekazywana w
wentylatorze strumieniowi powietrza jest zamieniana w ciepło, co
powoduje przyrost jego temperatury wynoszący Δt.
Zyski ciepła spowodowane pracą wentylatora
Można napisać równanie bilansu ciepła, przyjmując wyrażenie na moc strumienia
powietrza wyprowadzone:
moc strumienia powietrza (W) = ciśnienie całkowite wentylatora (Pa) x strumień
objętości powietrza (m
3
/s
)
Natomiast odpowiadająca temu moc cieplna pobrana przez strumień powietrza jest
równa:
strumień objętości powietrza x ρ x c
p
x Δt
• gdzie:
• ρ - gęstość powietrza,
• c
p
- ciepło właściwe powietrza,
• Δt - przyrost temperatury powietrza.
• Skąd
•
W wyrażeniu powyższym nie występuje strumień objętości powietrza, co wskazuje na
to, że przyrost temperatury powietrza nie zależy od masy powietrza
przepływającego przez wentylator. Podstawiając p = 1,2 kg/m
3
i c
p
= 1005 J/(kgK)
otrzymuje się
• A zatem powietrze ogrzewa się o 0,000813 K przy wzroście ciśnienia w
wentylatorze o 1 Pa.
p
c
Pa
a
wentylator
calkowite
cisnienie
t
)
_(
_
_
1206
)
_(
_
_
Pa
a
wentylator
calkowite
cisnienie
t
Zyski ciepła spowodowane pracą wentylatora
Energia pobierana przez wentylator przewyższa tę, która jest
przekazywana strumieniowi powietrza, ponieważ występują straty
tarcia oraz inne towarzyszące obrotom wirnika wentylatora. Moc
pobierana na wale wentylatora jest nazywana
mocą wentylatora,
a
stosunek mocy przekazanej strumieniowi powietrza do mocy
wentylatora nazywa się
sprawnością całkowitą wentyla
tora i oznaczana
jest symbolem . Nie wszystkie straty występują w obudowie
wentylatora. Niektóre występują np. w łożyskach poza wentylatorem. Z
tej przyczyny nie można w pełni ocenić sprawności i zalecany jest w
tym przypadku kompromis.
Gdy sprawność wentylatora wynosi np. 70% (tj. ma wartość średnią), to z
30% strat energii 14% pochłaniane jest przez strumień powietrza.
Równanie ma wtedy postać
85
,
0
1206
)
_(
_
_
Pa
a
wentylator
calkowite
cisnienie
t
1025
)
_(
_
_
Pa
a
wentylator
calkowite
cisnienie
Zyski ciepła spowodowane pracą wentylatora
A zatem temperatura powietrza wzrasta prawie o 0,001 K na 1 Pa
ciśnienia całkowitego wentylatora; jest to wynik poboru energii przez
wentylator.
Gdy wentylator i silnik umieszczone są w strumieniu powietrza, jak to ma
miejsce w praktyce w często stosownych tzw. wentylatorach
kanałowych, cała moc absorbowana przez silnik jest uwalniania do
tego powietrza. W obliczeniach należy zatem zysk ten uwzględniać.
Przyjmując, że sprawność wentylatora wynosi 70%, a silnika - 90%,
wzrost temperatury strumienia powietrza otrzymuje się z równania
9
,
0
7
,
0
1206
)
_(
_
_
Pa
a
wentylator
calkowite
cisnienie
t
760
)
_(
_
_
Pa
a
wentylator
calkowite
cisnienie
Z równania tego wynika, że omawiany przyrost temperatury wynosi
około 1,2°C na każdy 1 kPa przyrostu ciśnienia całkowitego.
Marnotrawione ogrzewanie wtórne
• Jeśli dokonano arbitralnego wyboru temperatury powietrza
nawiewanego, to jest niemal pewne, że projekt instalacji nie
będzie korzystny pod względem ekonomicznym (kosztów
inwestycyjnych lub eksploatacyjnych). Przyczyną tego jest
potrzeba kompensowania przez urządzenie chłodnicze
marnotrawionego ogrzewania wtórnego.
Przykład
Zyski ciepła jawnego i utajonego wynoszą odpowiednio 10 kW i 1 kW. Przy zało
żeniu, że w instalacji
zastosowano urządzenia jak na rys.oraz że współczynnik kontaktu chłodnicy P = 0,85, obliczyć
obciążenie chłodnicze i przeanalizować jego składniki. Parametry powietrza zewnętrznego
suchego wynoszą: t
z
= 28 °C (wg termometru suchego) i t
mZ
= 20,9°C (wg termometru
mokrego), a parametry powietrza w pomieszczeniu: t
P
= 22°C (wg termometru suchego) i =
50%. Arbitralnie ustalona temperatura powietrza nawiewanego t
N
= 16°C. Założyć, że przyrost
temperatury spowodowany pracą wentylatora Δt wynosi 1 K.
Odpowied
ź
• Z równania otrzymuje się
• Strumień objętościowy powietrza nawiewanego
•
• m
3
/s (w temp. 16
o
C)
• Z równania zaś
• Zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym
• Z tablic psychrometrycznych x
P
= 8,366 g/kg, stąd
• g/kg
345
,
1
350
16
273
16
22
10
872
16
273
345
,
1
1
p
x
115
,
8
251
,
0
366
,
8
N
x
• Tak więc stan powietrza nawiewanego wyznaczają następujące
parametry: t
N
= 16 °C (wg termometru suchego) i x
N
= 8,115 g/kg. Punkt
tego stanu jest oznaczony literą N na rys. b.
• Prosta przechodząca przez punkt stanu powietrza dopływającego do
chłodnicy i punkt stanu powietrza odpływającego z chłodnicy musi być
przedłużona do przecięcia z krzywą φ = 100% . Ponieważ przedłużenie
połączenia punktów Z-N nie przetnie krzywej nasycenia, oznacza to, że
chłodnica nie zapewnia bezpośredniego uzyskania stanu N. Dlatego
chłodnica musi być dobrana tak, aby zapewnić właściwą zawartość
wilgoci w powietrzu nawiewanym x
N
. Trzeba także zastosować
nagrzewnicę wtórną, żeby otrzymywać właściwą temperaturę t
N
.
Można teraz podać cztery warunki działania chłodnicy:
• stan powietrza dopływającego do chłodnicy jest znany,
• współczynnik kontaktu = 0,85,
• zawartość wilgoci w powietrzu odpływającym z chłodnicy wynosi 8,115
g/kg powietrza suchego,
• prosta łącząca punkty stanu powietrza przed i za chłodnicą przecina
krzywą nasycenia w tak zwanym punkcie rosy urządzenia.
• Korzystając z powyższych informacji i posługując się definicją
współczynnika kontaktu wyrażoną równaniami , można wyznaczyć stan
powietrza odpływającego z chłodnicy.
Korzystając z powyższych informacji i posługując się definicją
współczynnika kontaktu wyrażoną równaniami , można wyznaczyć
stan powietrza odpływającego z chłodnicy.
• Oznaczając punkt rosy urządzenia przez T i korzystając z definicji
współczynnika kontaktu, otrzymuje się
• Skąd
• g/kg
Wobec tego punkt T leży na krzywej wilgotności względnej φ
T
= 100%
i prostej x
T
= 7,33 g/kg. Punkt K może być teraz wyznaczony na
prostej łączącej punkty Z i T, przy czym zawartość wilgoci x
K
wynosi 8,115 g/kg. Temperatura t
T
w punkcie T jest równa 9,4°C
(wyznaczona z tablic lub z wykresu), a entalpia i
K
= 27,87 kJ/kg.
Skorzystano jeszcze raz z definicji współczynnika kontaktu, lecz
wyrażonego jako stosunek różnic entalpii
A
T
Z
N
Z
x
x
x
x
x
59
,
12
115
,
8
59
,
12
85
,
0
33
,
7
26
,
5
59
,
12
85
,
0
115
,
8
59
,
12
59
,
12
T
x
87
,
27
30
,
60
30
,
60
85
,
0
K
T
Z
K
Z
i
i
i
i
i
przy czym wartość i
Z
odczytana z tablic lub wykresu wynosi
60,3 kJ/kg. Wówczas
kJ/kg powietrza suchego
Posługująć się przybliżoną definicją współczynnika kontaktu,
można obliczyć temperaturę w punkcie K
73
,
32
43
,
32
85
,
0
30
,
60
)
87
,
27
30
,
60
(
85
,
0
30
,
60
K
i
4
,
9
28
28
85
,
0
K
t
2
,
12
4
,
9
28
85
,
0
28
K
t
C
• Obciążenie chłodnicze
Entalpia powietrza w punktach Z i K jest znana, a także
znany jest strumień objętości powietrza przepływającego przez
chłodnicę. Wobec tego można obliczyć obciążenie chłodnicze po
odczytaniu objętości właściwej powietrza nawiewanego (w stanie
N); ρ
N
= 0,8294 m
3
/kg
71
,
44
)
73
,
32
30
,
60
(
8294
,
0
345
,
1
kW
Celowa będzie analiza składników tego obciążenia:
Ciepło odbierane od świeżego
powietrza
=
=
27,42 kW
Zyski ciepła jawnego
=
=
10,00 kW
Zyski ciepła utajnionego
=
=
1,00 kW
Zyski ciepła w wentylatorze
=
=
1,66 kW
Marnotrawna moc ogrzewania
wtórnego
=
=
4,66 kW
razem
44,74 kW
8294
,
0
)
39
,
43
30
,
60
(
345
,
1
8294
,
0
)
16
22
(
005
,
1
345
,
1
1000
8294
,
0
)
115
,
8
366
,
8
(
2500
345
,
1
8294
,
0
)
2
,
12
2
,
13
(
005
,
1
345
,
1
8294
,
0
)
2
,
13
16
(
005
,
1
345
,
1
(
Można porównać powyższą wartość z wartością 44,73 kW, którą
obliczono na podstawie różnicy entalpii powietrza przed i za chłodnicą).
• Można stwierdzić, że w praktyce moc 4,66 kW nie ma istotnego
znaczenia w procesie termodynamicznym. Potrzeba wtórnego
ogrzewania powietrza została spowodowana arbitralnym
założeniem temperatury powietrza nawiewanego (t
N
= 16°C).
• Bardziej racjonalnym podejściem do zagadnienia byłaby
rezygnacja z ogrzewania wtórnego i zastosowanie możliwie
najniższej temperatury nawiewu powietrza zgodnie z wartością
współczynnika kontaktu chłodnicy. Wtedy różnica temperatury
między t
P
i t
N
powiększałaby się, co umożliwiłoby zmniejszenie
strumienia masy powietrza nawiewanego.
• Konsekwencją tego byłoby zmniejszenie mocy chłodniczej, bo
chociaż zyski ciepła jawnego i utajonego są niezmienione, to
zmniejszenie mocy chłodniczej spowodowane jest zmniejszeniem
strumienia masy powietrza świeżego oraz wyeliminowaniem
konieczności usuwania zysków ciepła od pracy wentylatora,
ponieważ przez wentylator przepływa mniej powietrza.
Wybór odpowiednich parametrów powietrza
nawiewanego
Wyboru parametrów powietrza nawiewanego dokonywać należy, kierując się
czterema praktycznymi wskazówkami, przedstawionymi poniżej.
• Ograniczanie ilości powietrza nawiewanego
Temperatura powietrza nawiewanego powinna być możliwie najniższa, jednak
pod warunkiem, że nie utrudni to rozdziału powietrza w pomieszczeniu
klimatyzowanym, przy jednoczesnym spełnieniu wymagań dotyczących
utrzymywania w nim odpowiedniej temperatury i wilgotności.
W praktyce oznacza to, że temperatura powietrza nawiewanego może być o
11 K niższa od temperatury utrzymywanej w pomieszczeniu. Należy jednak
dodać, że czasem są stosowane także większe różnice temperatur. (Trzeba
zwrócić szczególną uwagę na wymagania odnoszące się do rozdziału
powietrza w pomieszczeniu klimatyzowanym; stosowanie temperatur
powietrza nawiewanego niższych o 15 K od temperatury pomieszczenia
może przynieść spodziewane efekty jedynie w przypadku ograniczania ilości
powietrza nawiewanego).
Przy danych zyskach ciepła jawnego prędkość powietrza nawiewanego jest
odwrotnie proporcjonalna do różnicy temperatur pomieszczenia i powietrza
nawiewanego. Dzięki wprowadzeniu niższej temperatury powietrza
nawiewanego uzyskujemy mniejszą moc wentylatora tłoczącego powietrze.
Zatem mniejsze będą koszty jego eksploatacji, mniej miejsca zajmą kanały,
a cały system będzie łatwiejszy do zainstalowania.
Wybór urządzenia chłodzącego
• Efektywność urządzenia chłodniczego (chłodnicy) jest wyrażana za
pomocą współczynnika kontaktu i zależy przede wszystkim od liczby
rzędów rur w chłodnicy. Dlatego też ze względów praktycznych i
ekonomicznych wybór chłodnicy musi opierać się na założeniu spełnienia
przez nią wszystkich wymagań wynikających z przyjęcia odpowiedniego
schładzania i osuszania. W praktyce w przypadku instalacji nawiewnych
często stosuje się chłodnice z czterema lub sześcioma rzędami rur. Ich
liczba może wzrosnąć do ośmiu w krajach o klimacie charakteryzującym
się wyższymi wartościami temperatury i wilgotności. W celu uzyskania
pożądanego efektu w urządzeniach klimatyzacji komfortu zastosowanie
chłodnicy o maksymalnie ośmiu rzędach rur jest z reguły wystarczające,
ponieważ chłodzenie dodatkowym strumieniem powietrza w dolnych
rzędach urządzenia ulega zmniejszeniu.
• W praktyce współczynnik kontaktu nigdy nie jest równy 1,0 i wynosi z
reguły 0,8-0,95. Im większa jest liczba rzędów w chłodnicy, tym większy
współczynnik kontaktu. Należy dodać, że pewne znaczenie ma tu
również rozstaw między rurkami chłodnicy i prędkość napływu powietrza
na jej powierzchnię czołową. Z wykresu przedstawionego na rys. wynika,
że współczynnik kontaktu chłodnicy można wyznaczyć jako stosunek
odległości M-K do odległości M-T. Im współczynnik kontaktu będzie
większy, tym punkt obędzie położony bliżej linii nasycenia (φ=100%).
Moc wentylatora i zyski ciepła w przewodach
• Jeżeli wentylator nawiewny zostanie umieszczony za chłodnicą, to
występuje przyrost temperatury powietrza wywołany pracą
wentylatora. Temperatura powietrza wzrośnie również na skutek
zysków ciepła w przewodach. To właśnie powoduje, że temperatura
powietrza nawiewanego t
N
jest wyższa od temperatury powietrza za
chłodnicą t
K
, co uwidoczniono na wykresie przedstawionym na rys.
• Podobna sytuacja występuje, gdy wentylator tłoczy powietrze przez
chłodnicę, przy czym powoduje on przyrost temperatury powietrza
przed wlotem do chłodnicy, a ciepło to zostaje zgromadzone w
przewodzie za wylotem powietrza z chłodnicy.
• Przyrost ciśnienia całkowitego w wentylatorze zależy głównie od
prędkości przepływu. W urządzeniach tradycyjnych o niskich
prędkościach ciśnienie to waha się od około 600 do 750 Pa, w
urządzeniach o średnich prędkościach wynosi około 1000 Pa, a w
urządzeniach o dużej prędkości osiąga wartość 2000 Pa, przy czym
towarzyszy temu odpowiedni przyrost temperatury powietrza,
wynikający z równań .
• Zyski ciepła w przewodach, mimo że mogą być duże, są często
pomijane i niedoceniane. Trudno jest podać typowe wartości tego
przyrostu, niemniej można mówić o kilkustopniowym przyroście
temperatury powietrza.
• Powietrze usuwane z pomieszczenia klimatyzowanego także może
podlegać przyrostowi temperatury (od t
P
do t
P
, .
• Zakładając, że pewna ilość powietrza w omawianym procesie będzie
recyrkulowana, przyrost ten będzie oddziaływał na pracę chłodnicy.
Warto dodać, że przyrost temperatury może być spowodowany przez
ogrzane powietrze usuwane z pomieszczenia przez oprawy
oświetleniowe , a także na skutek działania wentylatora
wywiewnego.
• Standardowy przyrost temperatury spowodowany działaniem opraw
oświetleniowych połączonych z wywiewem szacować można na
około 1 K, przy czym stosowanie takich opraw do niektórych lamp
fluorescencyjnych nie jest wskazane.
• Sieci przewodów wywiewnych mają z reguły prostsze rozwiązania i
oprzyrządowanie niż sieci nawiewne, a strumień powietrza porusza
się w nich z mniejszą prędkością. Dlatego też całkowite ciśnienie
wytwarzane przez wentylator wywiewny może wynosić 200-300 Pa.
Stąd standardowy wzrost temperatury powietrza obiegowego z tego
powodu waha się w granicach 0,2 - 1,3 K. Zyski ciepła w przewodach
wywiewnych można więc w większości przypadków pominąć.
Temperatura wody lodowej
• Jeżeli jako medium chłodzące zastosuje się wodę lodową, praca
chłodnicy uzależniona będzie głównie od temperatury tej wody.
Oczywiście temperatura ta w miarę przepływu wody przez chłodnicę
będzie wzrastała. Temperatura jej powierzchni t
ch
ma taką samą
wartość jak temperatura punktu rosy t
T
urządzenia chłodniczego. W
efekcie temperatura wody lodowej t
w
będzie niższa niż temperatura
powierzchni rur w chłodnicy.
• Urządzenie chłodnicze musi być więc tak dobrane, aby dostarczało
stale oziębioną wodę o wymaganej temperaturze, zgodnie z
obciążeniem urządzenia, oraz pracowało w sposób pewny.
• Jeżeli w agregacie chłodniczym jest zastosowana sprężarka tłokowa z
regulacją mocy poprzez odciążanie cylindrów, to temperatura wody
lodowej wyniesie 10°C. Dla sprężarek odśrodkowych (wirowych) lub
śrubowych temperatura tej wody może być niższa i wyniesie około 5°C.
• Najniższa temperatura powietrza na wyjściu z chłodnicy według
termometru suchego wynosi 10 - 11 °C i zależy od możliwej do
uzyskania temperatury wody lodowej. Niższe temperatury można
uzyskać w przypadku zastosowania jako chłodziwa solanki lub wodnego
roztworu glikolu.
Jeśli dla pomieszczenia klimatyzowanego znany jest stosunek zysków ciepła
jawnego do całkowitego, można ustalić współczynnik kątowy charakterystyki
pomieszczenia, a następnie przenieść ją tak, aby przechodziła przez punkt
określający stan pomieszczenia P.
Jeżeli punkt nawiewu N musi być dobrany
zgodnie z czterema zasadami wymienionymi wyżej, to proponuje się niżej
podany sposób postępowania, przy czym przyjmuje się zwykle jako letnie
warunki obliczeniowe parametry powietrza zewnętrznego dla lipca o godz. 15
00
.
1. Znając stan zaludnienia pomieszczenia klimatyzowanego, oblicza się minimalny
strumień powietrza zewnętrznego.
2. Z wykresu psychrometrycznego odczytuj e się położenie letnich punktów
obliczeniowych Z (dla warunków zewnętrznych) i P (dla pomieszczenia).
3. Znając zyski ciepła jawnego i utajonego w tym pomieszczeniu, oblicza się
stosunek zysków ciepła jawnego do całkowitego, co pozwoli określić
współczynnik kierunkowy charakterystyki pomieszczenia dla okresu letniego.
4. Zaznaczając nachylenie współczynnika kierunkowego i odpowiadającą mu
charakterystykę pomieszczenia, przenosi się ją równolegle tak, aby
przechodziła przez punkt P (pomieszczenie).
5. Oblicza się spodziewany przyrost temperatury powietrza wywołany pracą
wentylatora wywiewnego oraz związany z ewentualnym zastosowaniem
określonego rozwiązania opraw oświetleniowych, a następnie określa położenie
punktu P' i łączy punkty P' i Z linią prostą.
6. Szacuje się przyrost temperatury wynikający z mocy zastosowanego
wentylatora nawiewnego oraz zysków ciepła w przewodach nawiewnych.
7. Na linii charakterystyki pomieszczenia wybiera się realne położenie punktu N zgodnie z
powyżej wspomnianymi czterema zasadami, tak aby leżał on po prawej stronie krzywej
nasycenia. Dowolność wyboru tego punktu jest w praktyce uzależniona od
doświadczenia, ale przyjąć można, że temperatura punktu N bedzie prawdopodobnie
niższa o 8-9 K od temperatury powietrza w pomieszczeniu.
8. Z równania oblicza się ilość powietrza nawiewanego.
9. Określa się proporcje pomiędzy strumieniami powietrza świeżego i obiegowego,
ustalając w ten sposób położenie i parametry punktu mieszania M na odcinku prostym
Z-P'.
10.Biorąc pod uwagę moc wentylatora nawiewnego oraz zyski ciepła w przewodach,
określa się położenie punktu K, dla którego x
K
= x
N
.
11.Łączy się linią prostą punkty Mi K, przedłużając ją do punktu T, oznaczającego jej
przecięcie z krzywą nasycenia.
12.Oblicza się współczynnik kontaktu chłodnicy
13.Jeżeli uzyskany współczynnik kontaktu jest zawarty w wymaganych granicach (tzn. [β
0,85 dla chłodnicy o czterech rzędach rur lub β 0,93 dla chłodnicy o sześciu rzędach
rur), przyjmuje się nowe położenie punktu N. Gdy ustalony współczynnik kontaktu ma
inną wielkość niż powyżej, należy - wracając do pozycji 7 - przesunąć położenie punktu
N, zmieniając jego temperaturę (wg termometru suchego) w zależności od sytuacji o
0,5°C w górę lub w dół.
14.Po ustaleniu położenia punktu N z równania oblicza się zawartość wilgoci x
N
w
powietrzu nawiewanym, co pozwala jednocześnie na ustalenie zawartości wilgoci w
powietrzu za chłodnicą.
•
T
M
K
M
t
t
t
t
Temperatura powietrza nawiewanego
• Gęstość powietrza jest odwrotnie proporcjonalna do jego temperatury
absolutnej. Tak więc, jeśli powietrze nawiewane będzie miało temperaturę
wyższą od temperatury pomieszczenia, może dojść do wystąpienia
niepożądanego rozwarstwiania powietrza, a tym samym i pojawienia się
znacznych różnic temperatury w pomieszczeniu. Temperatura powietrza pod
sufitem pomieszczenia będzie wyższa, a temperatura w jego użytkowanej dolnej
części -niższa.
• W przeszłości stosowano ogrzewanie pomieszczeń przemysłowych za po mocą
spalinowych grzejników podgrzewających powietrze do temperatury około 60°C,
które z prędkością około 10 m/s nawiewano do nich. Obecnie w praktycznych
rozwiązaniach klimatyzacji komfortu zaleca się stosowanie temperatury
powietrza nawiewanego nie przekraczającej 35°C przy temperaturze
pomieszczenia wynoszącej około 20°C. Za absolutnie nieprzekraczalną wartość
temperatury powietrza nawiewanego należy przyjąć 40°C. Ryzyko rozwarstwiania
strug powietrza w pomieszczeniach i pojawiania się w nich niekorzystnych różnic
temperatury istotnie wzrasta przy małych prędkościach powietrza w otworach
nawiewnych i wysoko umieszczonych otworach wywiewnych. A zatem
umieszczanie otworów wywiewnych wysoko (w dużej odległości od podłogi) może
powodować pogłębienie rozwarstwiania się powietrza i pojawianie się ryzyka
dyskomfortu. Ponadto mogą występować trudności w uzyskaniu pożądanych
efektów ogrzewania powietrznego w instalacjach pracujących okresowo.
Document Outline