Měření spotřeby tepla

Transkript

1 Měření spotřeby tepla Úkol: Změřte jaké množství tepla je spotřebováno a přeneseno na laboratorním přípravku v daném čase. Použijte tři způsoby měření spotřeby tepla měřením množství spotřebované elektrické energie a měřením průtoků a teplot ve dvou nezávislých vodních okruzích spojených navzájem tepelným výměníkem. V závěru zhodnoťte výsledky měření a zdroje chyb. Blokové schéma přípravku a teoretický popis metody: Laboratorní přípravek se skládá ze dvou vodních okruhů. Každý okruh je vybaven několika snímači teplot a průtokoměrem. Okruh 1 je vybaven čerpadlem 1, průtokoměry Q v4 a Q v5 a snímači teploty Pt100 T 5, T 6, T 7, T 8. Průtokoměr Q v4 a teplotní snímače T 5, T 6 jsou připojeny k jednotce měření spotřeby tepla INMAT 66. Ventily V1, V2, V3 nastavují dopravní zpoždění systému, v úloze bude V3 otevřený, V1 a V2 zavřené. Okruh 2 e vybaven čerpadlem 2, průtokoměry Q v1 a Q v2 a snímači teploty Pt100 T 1, T 2, T 3, T 4. Průtokoměr Q v2 a teplotní snímače T 3, T 4 jsou připojeny k měřicí jednotce AHLBORN Almemo Servo ventil V4 je použit pro řízení průtoku elektrickým ohřívačem. Elektrická spotřeba (v kw/h) ohřívače je meřena. Teplo vzniklé v ohřívači je přenášeno vodním okruhem 2 do tepelného výměníku a přes něj do okruhu 1 a ve vzduchovém chadiči je odebráno. Q 2 teploty přiváděné a vratné vody T 1 a T 2. V obecném případě lze spotřebu tepla P q spočítat ze známého toku P Q c T c T Q h h q v 2 p1 1 p2 2 v kde ρ 2 je hustota vratné vody, c p je měrná tepelná kapacita pro danou teplotu a h je entalpie vody. Hustota, měrná teplená kapacita a entalpie závisí na teplotě.

2 Závislost entalpie vody na teplotě při normálním armosférickém tlaku ( Pa) Entalpie [ kj/kg] Teplota [ C] Závislost hustoty vody na teplotě při normálním atmosférickém tlaku ( Pa) Hustota [kg/m3] Teplota [ C]

3 Použité přístroje: Měřič spotřeby tepla INMAT66 s průtokoměrem Schlumberger P40W a 2xPt100 snímači teploty Měřicí jednotka AHLBORN Almemo 2590 s turbínkovým průtokoměrem FV A915 VHT M a 2x Pt100 snímači teploty Měřič spotřeby elektrické energie FHT9999 Postup měření: Zapnout čerpadla 1 a 2 a ohřívač příslušnými spínači Zapnout ventilátor zapnutím napájecího zdroje a nastavením maximálního napětí (cca 30 V), nastavit proudové omezení na max (cca 4 A). Po rozběhu ventilátoru zdroj omezí napětí na cca 8,5 V a proud na cca 4,2 A. Nastavit teplotu na ohřívači na 65 C ovladačem na ohřívači Nastavit servo ventil na pozici 10 (obtok plně uzavřen) Čekat dokud nenastane ustálený stav (cca 20 minut). Během čekání měřte další úlohy připravené v laboratoři. Změnou polohy servo ventilu měňte obtok. Měřte pro polohy 10, 7 a 5. Nový ustálený stav je dosažen za cca 3 minuty. Změřte jaké množství tepla je je přeneseno za 10 minut. Měřené a vypočtené hodnoty: Elektrický obvod Poloha Spotřeba el. servoventilu energie[kwh] Počáteční hodnota Koncová hodnota Spotřebovaná energie[wh] Pozn.: změřený příkon obou čepadel je 63 W Spotřebovaná energie [kj] čas [min] Tepelný tok [kj/min] Příklad výpočtu prvního řádku: Spotřebovaná energie[wh] = (Koncová hodnota [kwh] Počáteční hodnota[kwh]) Spotřebovaná energie [kj] = Spotřebovaná energie[wh]. 3,6 Tepelný tok [kj/min] = Spotřebovaná energie [kj]/ čas[min] Okruh 1 - INMAT 66 údaje v { } jsou takto ukazovány přístrojem Poloha servo ventilu T 5 -T 6 {dt} [ C] Q m4 {M1} [t/h] Q v50 Q v5f E 10 [GJ] E 1K [GJ] T 5 {t 1 } [ C ] E1 [kj] Čas [min] Tepelný tok{p1} [GJ/h] Pozn: Q m4 je hmotnostní průtok vypočítaný z objemového průtoku Q v4, Q v50 a Q v5f jsou počáteční a koncové hodnoty vodoměrů Q v5, E 10 a E 1K jsou počáteční na koncové hodnoty měřiče spotřeby tepla, P1 je okamžitý měřený tepelný tok. Tepelný tok [kj/min ]

4 Příklad výpočtu prvního řádku: Spotřebovaná energie E1 [kj] = (Koncová hodnota E 1K [GJ] Počáteční hodnota E 10 [GJ]) Okruh 2 - AHLBORN Almemo 2590 Poloha servo ventilu T 3 [ C] T 4 [ C] Q v2 [l/min] Q v10 Q v1f Q v1 [m 3 /min] čas[min] Pozn.: Q v10 a Q v1f jsou počáteční a koncové hodnoty objemu z vodoměru Q v1 Tepelný tok Pq [kj/min] Příklad výpočtu prvního řádku: Q v1 = (Q v1f - Q v10 ) / t = P Q h q v2 2 1 h2 Závěr: Jak je patrné z výsledků měření, vypočtené údaje jednotlivých teplených toků spolu souhlasí. Odchylky jsou relativně malé a je možné předpokládat, že v případě volby delšího času měření by byly ještě menší. Také byly zanedbány tepelné ztráty. V ideálním případě musí vyjít množství tepla přenášeného okruhem 2 menší než množství tepla dodaného elektricky (tepelné ztráty v okruhu 2) a analogicky musí vyjít menší množství tepla předaného okruhem 1 (ztráty v tepelném výměníku a tepelné ztráty v okruhu 1). Tento trend je z výsledků zřejmý. Se zvětšujícím se obtokem klesá množství tepla předaného v ohřívači vodě v okruhu 2.

5 Příloha: Vlastnosti vody (1,01325 bar při 0 C.) Teplota nasycených par Hustota Měrná entalpie Měrné teplo Tepelná Dynamická kapacita viskosita ( objemová) C Pa Pa kg/m3 kj/kg kcal/kg kj/kg kcal/kg kj/m3 kg/m.s

6 Teplota nasycených par Hustota Měrná entalpie Měrné teplo Tepelná Dynamická kapacita ( viskosita objemová) Teplota C Pa Pa kg/m3 kj/kg kcal/kg kj/kg kcal/kg kj/m3 kg/m.s