1. Podać definicję wilgotności względnej i bezwzględnej.

Wilgotność względna

1. Stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu wilgotnym o danej temperaturze do ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu nasyconym o tej samej temperaturze.

2. Jest to stosunek wilgotności bezwzględnej powietrza do maksymalnej wilgotności bezwzględnej, jaka może występować w danej temperaturze.

$$\varphi = \frac{p_{w}}{p_{\text{wn}}} \times \ 100\%$$

$$\varphi = \frac{p}{p_{\text{wn}}}\ \times \frac{Y}{0,622 + Y}$$

Wilgotność bezwzględna

Wilgotność bezwzględna = zawartość wilgoci = wilgotność właściwa = wskaźnik wilgotności (x = Y)

Y = mw / mg

mw – masa pary wodnej [kg]

mg – masa suchego powietrza [kg]

mM = mw + mg = (1+Y)·mg

mM – masa powietrza wilgotnego

1. Podać definicję entalpii powietrza wilgotnego.

Entalpia

i = h

= zawartość ciepła = ciepło całkowite = potencjał cieplny

Entalpia jest miarą energii wewnętrznej zgromadzonej w strukturze cząstek i atomów.

Dla gazów doskonałych (oraz dla gazów spotykanych w klimatyzacji) spełnione jest równanie:

i = U + pV

W psychrometrii entalpia powietrza wilgotnego (i) jest zdefiniowana równaniem:

i = i_p +  Y * i_w

ip - entalpia powietrza suchego

iw - entalpia pary wodnej

Y - wilgotność bezwzględna

1. Podać definicję temperatura punktu rosy.

Punkt rosy = temperatura punktu rosy

Punkt rosy jest to temperatura nasyconego powietrza, w którym ciśnienie cząstkowe pary wodnej jest takie samo jak w rozpatrywanym powietrzu wilgotnym (nienasyconym).

1. Narysować schemat wykresu i-Y, zaznaczyć linie stałej wilgotności względnej,
   bezwględnej, izotermy i izoentalpy.

2. Co to jest współczynnik kierunkowy przemiany powietrza?

Wykresy psychrometryczne – współczynnik kątowy przemiany

= współczynnik kierunkowy przemiany

$$\varepsilon = \frac{i_{2\ \ } - \ i_{1}}{Y_{2} - Y_{1}}$$

Można udowodnić, że dla wszystkich przemian przedstawionych na wykresie i-Y liniami równoległymi wartość współczynnika jest taka sama i określa kierunek tych przemian jednoznacznie, niezależnie od punktu początkowego.

ε = 0 gdy nie ma zysków ciepła całkowitego

ε = ±∞ gdy nie występują zyski wilgoci

1. OBOWIĄZKOWE. W zbiorniku o objętości 100m³ znajduje się wilgotne powietrze. Jaka jest minimalna ilość wody która spowoduje pojawienie się mgły. Temp. 20°C prężność pary nasyconej jest równa 238.2 mm H₂O.

p = ρ • g • h

h = 238, 2 mm H₂O = 0, 2382 mH₂O

$$\rho = 1000\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

$$g = 9,81\ \frac{m}{s^{2}}$$

p = ρ • g • h = 1000 • 9, 81 • 0, 2382 = 2336 Pa

Nie znamy ilości moli

$$n = \frac{m}{M}$$

pV = nRT

m = ?

$$M = 18\ \frac{\text{kg}}{\text{mol}}$$

V = 100 m³

R = 8, 314 $\frac{J}{kg \bullet K\ }$

T = 20 + 273 = 293K

pV = nRT

$$pV = \frac{m}{M}\text{RT}$$

$$2336Pa \bullet 100\ m^{3\ } = \frac{m}{18\frac{\text{kg}}{\text{mol}}\ } \bullet 8,314\ \frac{J}{kg \bullet K\ } \bullet 293K = \mathbf{1730}\mathbf{\text{kg}}$$

1. Jak określamy obliczeniową temperaturę powietrza wewnętrznego i zewnętrznego ?

Wybór obliczeniowych warunków wewnętrznych W celu uzyskania komfortowego samopoczucia pożądane są warunki:

1.Temp. powietrza w lecie powinna być wyższa niż średnia temp. promieniowania, zaś w zimie odwrotnie – niższa

2.Średnia prędkość ruchu powietrza nie powinna przekraczać 0,15 m/s, (dla temp. powietrza powyżej 26°C dopuszczalne są większe wartości)

3.Wilgotność względna powietrza powinna być w przedziale 30÷70 %

4.Różnica między poziomem stóp i głowy powinna być możliwie mała i zwykle nie przekracza 1,5 K, a w żadnym wypadku 3 K

5.Temp. podłogi powinna być w przedziale 17-26°C

6.Asymetria temp. promieniowania nie powinna być wyższa niż 5 K w kierunku pionowym i 10 K w kierunku poziomym

7.Zawartość CO2 nie powinna przekraczać 0,1%

Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego

W Polsce do określenia ww. parametrów obliczeń powinna być stosowana norma PN-78/B-03421 (lub jej nowszy zamiennik).

Wymagana temperatura jest uzależniona od aktywności fizycznej ludzi i prędkości powietrza w pomieszczeniu.

W praktyce stosowana jest również niemiecka norma DIN1946

Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego Przy projektowaniu urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych należy stosować normę PN-76/B-03420 (lub jej nowszy zamiennik). Norma ta określa parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego na obszarze Polski. Obliczenia przeprowadza się dla 2 przypadków – dla parametrów obliczeniowych powietrza zewnętrznego w okresie letnim i zimowym. W ww. normie powietrze zewnętrzne jest charakteryzowane za pomocą następujących parametrów:

- Temperatury termometru suchego ts i termometru mokrego tm

- Zawartości wilgoci x

- Wilgotności względnej powietrza φ

- Entalpii powietrza h (i)

1. Jak zależy obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego od przeznaczenia pomieszczenia ?

Zalecane wartości temp. i wilgotności powietrza w pomieszczeniach

Rodzaj przemysłu	Typ pomieszczenia	t [°C]	φ [%]
Elektroniczny	Produkcja ogólna Produkcja przyrządów precyzyjnych Atestowanie przyrządów pomiar.	21 22 24	50÷55 40÷45 65÷70
Maszynowy	Biura, montażownie Montaż części precyzyjnych Dział kontroli ogólnej	24÷26 20÷24 20÷24	35÷40 40÷50 45÷50
Tytoniowy	Produkcja – cygara i papierosy Rozmiękczanie i składowanie surowca Przygotowanie i paczkowanie	21÷24 32 23	55÷65 85÷88 65
Browarnictwo	Przechowywanie chmielu	2	60

1. Podać źródła zysków i strat ciepła w wentylowanym pomieszczeniu.

Wewnętrzne źrodła zyskow/strat ciepła jawnego

• ludzie

• maszyny, urządzenia, procesy technologiczne

• materiały wprowadzane i wyprowadzane

• oświetlenie

• wymiana ciepła z pomieszczeniami sąsiadującymi

Zewnętrzne źrodła zyskow/strat ciepła jawnego

• wymiana ciepła przez przegrody zewnętrzne

• zyski ciepła od nasłonecznienia przez przegrody przezroczystei nieprzezroczyste

• zyski/straty spowodowane przez infiltrację powietrza

Zyski ciepła jawnego i utajonego przez infiltracje

Infiltracja – napływ powietrza do pomieszczenia przez nieszczelności

przegród budowlanych

Eksfiltracja – odpływ powietrza z pomieszczenia przez nieszczelności

przegród budowlanych

Czynniki wywołujące infiltrację:

1. Ciśnienie wiatru (szczególnie w wysokich budynkach)

2. Różnica temperatur, a tym samym i gęstości powietrza w pomieszczeniu i powietrza atmosferycznego (ciąg kominowy)

3. Wchodzenie ludzi do budynku

1. Jak obliczamy zyski ciepła od maszyn i silników elektrycznych – podać przykłady. ?

2. Jak obliczamy zyski ciepła od oświetlenia. ?

Zyski ciepła od oświetlenia elektrycznego

Q_s=N*φ_J*[β+(1−β)k₀

Q_s zysk ciepła od oświetlenia [W]

Nmoc zainstalowanego oświetlenia [W]

φ_Jwspółczynnik jednoczesności korzystania z zainstalowanej mocy

β współczynnik wyrażający stosunek ciepła konwekcyjnego przekazywanego powietrzu w pomieszczeniu, do całkowitej mocy zainstalowanej (tabela)

k_owspółczynnik akumulacji (zwykle = 1, dla masywnych budynków wynosi od 0,5 po 6 h do 0,7 po 12 h)

1. Zdefiniować pojęcia: ciepło, suche, mokre, jawne i utajone. Kiedy ciepło jawne jest równe ciepłu suchemu.

Ciepło jawne – energia potrzebna na zmianę temperatury obiektu/układu bez zmiany stanu skupienia.

Ciepło utajone – energia przemiany fazowej (potrzebna na zmianę stanu skupienia)

Bilans źrodła

Ciepło całkowite

Q_c=Q_J+Q_u

Ciepło suche

Q_J=Q_c−Q_u

Ciepło mokre

Q_u=W*i_p(t_i)

Bilans źródła

Ciepło całkowite

Q_c=Q_s+Q_m

Ciepło suche

Q_s=Q_c−Q_m

Ciepło mokre

Q_m=W*i_p(t_zr)

1. Jak obliczamy objętość powietrza wentylacyjnego - podać kilka metod ?

Ilość powietrza wentylacyjnego

$\mathbf{m}_{\mathbf{N}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{Q}_{\mathbf{c}}}{\mathbf{i}_{\mathbf{u}}\mathbf{-}\mathbf{i}_{\mathbf{N}}}$

$$\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{s}} \right\rbrack$$

m_N- strumień powietrza wentylacyjnego

Q_c- zyski ciepła – całkowite

i_u- entalpia powietrza usuwanego

i_N - entalpia powietrza nawiewanego

Ilość powietrza wentylacyjnego

$m_{N} = \frac{Q_{J}}{Q_{J}\left( t_{N} - t_{u} \right)*c_{p}}$ $\left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$

m_N- strumień powietrza wentylacyjnego

Q_J- zyski ciepła – jawne

t_u- temperatura powietrza usuwanego

t_N - temperatura powietrza nawiewanego

Ilość powietrza wentylacyjnego

$m_{N} = \frac{W_{c}}{Y_{u} - Y_{N}}$ $\lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$

m_N- strumień powietrza wentylacyjnego

W_c- zyski wilgoci

Y_u- wilgotność powietrza usuwanego

Y_N - wilgotność powietrza nawiewanego

1. Co decyduje o maksymalnym możliwym stopniu recyrkulacji powietrza ?

2. Podać i omówić sposoby rozdziału powietrza w pomieszczeniu.

Sposoby rozdziału powietrza

Zapewnienie właściwego mikroklimatu w strefie przebywania ludzi można uzyskać przez stworzenie takiego przepływu powietrza, aby zanieczyszczenia (ciepło, wilgoć gazy i pyły) były wypierane lub rozcieńczane. Można mówić o zasadzie wypierania lub rozcieńczania (mieszania). Analogicznie wyróżniamy wentylację wypierającą i mieszającą. Różnią się one oddziaływaniem strug powietrza nawiewanego na powietrze w pomieszczeniu.

1. Od czego zależy wybór sposobu rozdziału powietrza w pomieszczeniu ?

Wybór sposobu rozdziału powietrza w pomieszczeniu zależy przede wszystkim od przeznaczenia i sposobu użytkowania pomieszczenia.

1. Jak realizuje się rozdział powietrza w pomieszczeniu ?

1. Wymienić i omówić parametry charakteryzujące nawiewniki i strugę powietrza nawiewanego?

nawiewniki ścienne L=0.75×l

nawiewniki sufitowe L=H-H0

anemostaty L=H-H0+A/2 lub L=H-H0+X

Nawiewniki podokienne L=H-h+0.75×l

Zasięg strugi nawiewanej

Odległość od miejsca wylotu strugi do miejsca w którym prędkość powietrza w osi strugi osiąga wartość równą prędkości zamierania wL. Zależnie od przeznaczenia pomieszczenia przyjmuje się wL=0.25÷1 m/s

1. Wymienić ważniejsze cechy konstrukcyjne wentylatorów i parametry ich pracy, narysować schemat charakterystyki wentylatora.

Wydajność nawiewnika VN1 Strumień objętości wypływający z nawiewnika.

Pole powierzchni efektywnej nawiewnika Fef

Pole powierzchni swobodnej wypływu powietrza z nawiewnika, czyli pole powierzchni wylotu pomniejszone o pole powierzchni przesłoniętej przez uzbrojenie

F_ef=e*F

Prędkość efektywna wypływu powietrza z nawiewnika wef

Strumień nawiewany odniesiony do powierzchni efektywnej

wef = VN1 / Fef w_ef = V_N1/F_ef

Zalecana wartość prędkości zależy od lokalizacji otworu nawiewnego względem strefy przebywania ludzi i przeznaczenia pomieszczenia

1. Omówić zasady projektowania instalacji wentylacyjnej.

Projektowanie sieci rurociągów

1.Ustalenie układu sieci przewodów wentylacyjnych w budynku (przewody prowadzimy możliwie najkrótszą drogą, najmniejsza liczba oporów miejscowych w przewodzie głównym)

2.Ustalenie ilości i rozdziału powietrza

3.Wybór rodzaju i zwymiarowanie wszystkich tras przewodów wentylacyjnych (niepalność, chropowatość, okrągłe/prostokątne)

4.Wyrównanie nadwyżek ciśnienia w węzłach odgałęzień

5.Dobór wentylatora

1. Kryteria doboru kształtek budujących sieć wentylacyjną.

Są odpowiednie tabele i normy które pomagają nam dobrać odpowiednie kształtki budującą naszą sieć wentylacyjnego.

1. Co to jest charakterystyka instalacji wentylacyjnej i jakie jest jej znaczenie ?

2. Jak zmienia się charakterystyka instalacji po wprowadzeniu dodatkowego oporu miejscowego ?

3. Jak można określić punkt pracy instalacji wentylacyjnej i współpracującego z nią wentylatora (na podstawie charakterystyk instalacji i wentylatora)?

4. Obieg chłodniczy (Carnot, rzeczywisty), budowa pompy ciepła, wydajność chłodnicza

Największy współczynnik wydajności chłodniczej (ε) można uzyskać dla obiegu z izoentropowym rozprężaniem i sprężaniem tj. dla obiegu Carnota. W tym przypadku obieg byłby termodynamicznie odwracalny.

Wykres obiegu Carnota wstecz w układzie współrzędnych temperatura-entropia

1-2 Sprężanie adiabatyczne

2-3 Skraplanie izobaryczno izotermiczne

3-4 Rozprężanie izentropowe

4-1 Parowanie izobaryczno izotermiczne

Schemat absorpcyjnego układu chłodniczego

1 – Skraplacz

2 – Parownik

3 – Zawór dławiący

4 – Warnik

5 – Absorber

6 – Pompa obiegowa

7 – Zawór dławiący

Współczynnik wydajności chłodniczej

Stosunek energii odebranej w parowniku (tj. mocy chłodniczej) do energii pobieranej przez sprężarkę (tj. pracy sprężania).

$$\mathbf{\varepsilon}\mathbf{=}\frac{\mathbf{q}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{l}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{i}_{\mathbf{1}}\mathbf{-}\mathbf{i}_{\mathbf{2}}}{\mathbf{i}_{\mathbf{2}}\mathbf{-}\mathbf{i}_{\mathbf{1}}}$$

1. Czynniki chłodnicze: podział, wybór, wpływ na środowisko

Czynnik chłodniczy Związek chemiczny lub mieszanina, która krążąc w zamkniętej instalacji chłodniczej, podlega cyklowi przemian termodynamicznych, tworząc obieg chłodniczy.

Ogólne wymagania stawiane czynnikom chłodniczym:

1.Ujemna wartość temp. wrzenia w warunkach otoczenia

2.Całkowita stabilność chemiczna przy każdej temp. obiegu

3.Obojętność chemiczna w stosunku do materiałów konstrukcyjnych instalacji

4.Niepalność

5.Nietoksyczność

6. Niewybuchowość

7. Korzystny przebieg krzywej nasycenia ciśnienia pary - nadciśnienie przy temp. parowania i niskie ciśnienie przy temp. skraplania

8. Duża objętościowa wydajność chłodnicza - w celu zmniejszenia strumienia objętości czynnika chłodniczego krążącego w obiegu

9. Chemiczna i fizyczna czystość czynników - np. zerowa zawartość wody w przeciwnym razie istnieje niebezpieczeństwo zablokowania zaworu rozprężnego na skutek tworzenia się lodu.

Podział czynników chłodniczych

Czynniki chłodnicze można podzielić ze względu na:

1.Skład chemiczny i własności fizykochemiczne

2.Pochodzenie i budowę chemiczną

3.Stopień szkodliwości dla organizmu ludzkiego, stopień palności oraz wybuchowości z powietrzem

Szkodliwe oddziaływanie czynników chłodniczych z grupy CFC na środowisko naturalne

Negatywny wpływ czynników chłodniczych na środowisko naturalne jest określany przy pomocy dwóch wskaźników:

1. GWP

2. ODP

3. TEWI

Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego GWP (Global Warning Potential)

Jest to potencjał tworzenia globalnego efektu cieplarnianego w odniesieniu do czynnika R11 dla którego GWP = 1.

Oprócz czynników chłodniczych, do powodowanego przez działalność człowieka efektu cieplarnianego przyczyniają się:

- wytwarzanie energii: emisja CO2, CH4, N2O

- rolnictwo: emisja CH4, N2O

Potencjał niszczenia warstwy ozonowej ODP (Ozone Depleting Potential)

Jest to potencjał niszczenia ozonu stratosferycznego w odniesieniu do czynnika R11 dla którego ODP = 1.

Powstawanie dziury ozonowej: Np. dla R12 CCl2F → CClF2 + Cl Chlor reaguje z O3 O3 + Cl → O2 + ClO Dalsza degradacja O3 następuje w wyniku działania ClO jako katalizatora O3 → O2 + O Ponownie powstaje wolny chlor ClO + O → Cl + O2 Dalsza degradacja ozonu Cl + 2O3 → Cl + 3O2

Potencjał niszczenia warstwy ozonowej TEWI (Total Equivalent Warming Impact)

TEWI jest to całkowity równoważnik efektu cieplarnianego uwzględniający m.in.:

- wskaźnik GWP

- ilość czynnika w układzie

- średnią emisję CO2 w procesie produkcji energii elektrycznej

- żywotność czynnika w atmosferze