PROJEKT III. (IV.) - Vzduchotechnika. 2. Návrh klimatizačních systémů

Transkript

1 ROJKT. (V.) - Vzduchoechnika. Návrh klimaizačních sysémů Auor: Organizace: -mail: Web: ng. Vladimír Zmrhal, h.d. České vysoké učení echnické v raze Fakula srojní Úsav echniky rosředí Vladimir.Zmrhal@fs.cvu.cz h://

2 1. Vsuní aramery 1.1. aramery venkovního vzduchu LÉTO e = 3 (3) C he = 56 (58) kj/kg ZMA e = e,vý 3 až 5 C ϕe = 1 % 1.. aramery vniřního vzduchu ZMA i = C ϕi = 3-7 % (laí ro racovní rosředí) LÉTO i = 5 7 C ϕi = 3-7 % 1.3. Nároky na věrání Hygienické ožadavky - dávky vzduchu na osobu D 5 m 3 /h na osobu ři ráci a obyu řevážně vsedě se zákazem kouření, 6 m 3 /h na osobu ři ráci a obyu řevážně vsedě s ovoleným kouřením, 7 m 3 /h na osobu ři ráci a obyu řevážně vsoje a v chůzi se zákazem kouření, 9 m 3 /h na osobu ři ěžké fyzické ráci, oznámka: říslušný hygienický ředis umožňuje snížení dávky čersvého vzduchu až na olovinu ři venkovních eloách vyšších než 6 C a nižších než C. 1 m 3 /h na osobu ři ráci a obyu v rosoru, kerý je určen ro anec, 15 m 3 /h na osobu ři ráci a obyu v rosoru, kerý je určen ro diskoéku. odle ožadavků na odvod škodliviny, vlhkosi aod ořeba energie Teelná záěž rosoru (cielná) Qz [W] Teelné zráy Qzr [W] rodukce vodní áry Mw [g/h] 1.5. aramery ooné a chladicí vody Chlazení nař. 6/1, 16/18 C aod. Vyáění nař. 8/6, 5/4 C aod Nároky na filraci Jednosuňová filrace - nař. G4 Dvousuňová filrace - nař. 1. sueň G3,. sueň F7 Třísuňová filrace - nař. čisé rosory 1. sueň G4,. sueň F7, 3. sueň H1

3 . Vzduchový jednozónový jednokanálový klimaizační sysém Schéma sysému bez cirkulace (V = Ve) Schéma sysému s cirkulací (V = Ve + Vob) Schéma klimaizačního sysému se ZZT a směšováním (V = Ve ) Schéma klimaizačního sysému se ZZT a směšováním (V = Ve + Vob) 3

4 .1. Lení rovoz.1.1. růok věracího vzduchu Ve růok venkovního vzduchu se určí z hygienických ožadavků, nebo z ožadavků na odvod škodliviny. Dle ořebné dávky čersvého vzduchu ro osoby (viz 1.3) se celkový růok venkovního vzduchu sanoví Ve = D. n (.1) kde D je dávka vzduchu na osobu dle hygienických ředisů [m 3 /h.os], n oče osob. nebo z ožadavku na odvod škodliviny V e = c Mš c ří (.) kde cří je nejvyšší říusná koncenrace NK, nebo říusný exoziční limi L [g/m 3 ], hmonosní ok škodliviny [g/s]. Mš.1.. růok vzduchu ro odvod eelné záěže Vz V z Qz Qz = = ρc ρc( ) i (.3) kde c je měrná eelná kaacia vzduchu c = 11 [J/(kg.K)], ρ husoa vzduchu ρ = 1, [kg/m 3 ], i - racovní rozdíl elo, odle zůsobu rozýlení vzduchu 3(6) 1 (1) K Celkový růok vzduchu V ři výoču mohou 3 říady: a) Vz > Ve V omo říadě oužijeme oběhový vzduch V = Vz = Ve + Vob (.4) b) Vz = Ve Do rosoru řivádíme 1 % čersvého venkovního vzduchu Ve (Vob = ). V = V e (.5) c) Vz < Ve Do rosoru řivádíme 1 % čersvého venkovního vzduchu (Vob = ) s ím, že racovní rozdíl elo je možné sníži. 4

5 V = V e Qz ( i ) = (.6) V ρc.1.4. Znázornění úravy vzduchu v h-x diagramu Zařízení bez cirkulace (Obr. 1a) : e = 3 (3) C, he = 56 (58) kj/kg : i je dáno ϕi odhadneme 3 7 % CH: ovrchová eloa chladiče: ch = (w1 + w)/, nebo ch = vý = 4 až 5 C : růsečík čar CH x ( dáno racovním rozdílem elo) : úrava savu vzduchu v mísnosi Zařízení s cirkulací vzduchu (Obr. 1b) : e = 3 (3) C, he = 56 (58) kj/kg : i je dáno ϕi odhadneme 3 7 % S: směšování Vob/Ve rovedeme graficky ákovým ravidlem CH: ovrchová eloa chladiče: ch = (w1 + w)/, nebo ch = vý = 4 až 5 C : růsečík čar SCH x (dáno racovním rozdílem elo) S: úrava savu vzduchu v mísnosi Konrola vzájemné olohy čar xi a x Musí lai M = V ρ( x x ) (.7) w i kde Mw je vlhkosní zisky (ok vodní áry) od lidí, jídla aod. [g/s]. Z vlhkosních zisků v mísnosi se vyočíá Mw ( xi x ) vy = (.8) V ρ a zkonroluje se zda ( xi x ) vy = ( xi x ) h x diagram (.9) okud uvedená rovnos nelaí, je nuné změni olohu bodu na izoermě i Výkon chladiče vzduchu Zařízení bez cirkulace Qchl = Qci, chl + Qváz, chl = V ρc( e ) + V ρl( xe x ) = V ρ( he h ) (.1) kde l je výarné elo l = 5 [kj/kg], 5

6 he h enalie venkovního vzduchu [kj/kg], enalie řiváděného vzduchu [kj/kg]. Zařízení s cirkulací Q = V ρ( h h ) (.11) chl sm S 1 ch CH 1 ch CH Obr. 1 Lení rovoz jednozónového vzduchového sysému a) bez cirkulace b) s cirkulací.. Zimní rovoz..1. Teelný výkon ohřívače vzduchu Klimaizační zařízení nehradí eelné zráy okud zařízení racuje ouze s čersvým vzduchem (bez ZZT a směšování) musí výkon ohřívače okrýva eelnou zráu věráním Q = Q = V ρc( ) (.1) kde oh vě e e = (.13) i 6

7 Klimaizační zařízení hradí lně eelné zráy Qoh = Qzr + Qvě (.14) Teloa řiváděného vzduchu se určí z eelné bilance rosoru Q V ρc zr i = (.15) Klimaizační zařízení hradí eelné zráy objeku ouze z čási Qzr, kli = Qzr Qzr, vy = Qzr i 1 i e e (.16) kde i je eloa, keré bude dosaženo ři rovozu samosaného vyáění ři výkonu oného zařízení Qzr,vy (nař. i = 1 C) Telou řiváděného vzduchu lze sanovi z rovnice Q zr, kli = i (.17) V ρc Q = Q + Q (.18) oh zr, kli vě... Zěné získávání ela ro ředehřev vzduchu v zimním období, se časo oužívá výměník zěného získávání ela (ZZT). Teloní fakor (účinnos) ZZT je definován jako Φ = zz o e e (.19) kde ZZT je eloa řiváděného vzduchu za výměníkem ZZT Výkon ohřívače ři oužií ZZT ak bude obecně Q = V ρc( ) (.) oh zz..3. Směšování V říadě využií směšování bude výkon ohřívače Q = V ρc( ) (.1) oh s 7

8 kde elou o smísení určíme graficky ákovým ravidlem v h-x diagramu, nebo ze směšovací rovnice. V říadě, že dochází ke směšování odváděného (ob = i) a venkovního vzduchu za výměníkem ZZT je eloa o smísení s M = M e zz e + M + M ob i ob (.)..4. Znázornění úravy vzduchu v h-x diagramu Zařízení bez cirkulace Obr. : e = -15 C, ϕe = 1 % ZZT: ohřev na elou ZZT - vylývá z rovnice (.19) : lyne z eelné bilance rosoru - rovnice (.13), (.15), nebo (.17) : i je dáno, ϕi odhadneme : úrava savu vzduchu v mísnosi obecně ro racovní rozdíl elo ro vyáění laí = ( ) = 15 5 [K] (.3),max i max ZZT ZZT Obr. Zimní rovoz zařízení bez směšování a vlhčení a) zařízení nehradí eelné zráy b) zařízení hradí eelné zráy

9 ' 1 S 1 S ZZT ZZT Obr. 3 Zimní rovoz zařízení se ZZT a směšováním a) bez arního vlhčení b) s arním vlhčením = ZZT Obr. 4 Zimní rovoz - zařízení s arním vlhčením a) zařízení nehradí eelné zráy b) zařízení hradí eelné zráy

10 Zařízení s cirkulací (Obr. 3) : e = -15 C, ϕe = 1 % ZZT: ohřev na elou ZZT - vylývá z rovnice (.19) : i je dáno, ϕi odhadneme S: směšování Vob/Ve rovedeme graficky ákovým ravidlem : lyne z eelné bilance rosoru - rovnice (.13), (.15), nebo (.17) : úrava savu vzduchu v mísnosi Zařízení s vlhčením arou v zimě (Obr. 4) : e = -15 C, ϕe = 1 % ZZT: ohřev na elou ZZT - vylývá z rovnice (.19) : sav je evně zadán - i, ϕi : lyne z eelné bilance rosoru - rovnice (.13), (.15), nebo (.17) : vlhčení na ožadovanou vlhkos vniřního vzduchu : úrava savu vzduchu v mísnosi Konrola vzájemné olohy čar xi a x rovede se obdobně jako ro lení rovoz. 1

11 3. Klimaizační sysém s veniláorovými konvekory fan-coil ředoklady naznačeného řešení: odvod eelné záěže a úhrada eelné zráy robíhá ve veniláorovém konvekoru, cenrální VZT jednoka zajišťuje řívod uraveného venkovního vzduchu dle hygienických ožadavků, chladič vzduchu ve VZT jednoce racuje se sejnými aramery chladicí vody jako veniláorový konvekor. Schéma sysému 3.1. Lení rovoz - s chlazením venkovního vzduchu cenrální VZT jednoka uravuje venkovní vzduch na elou vzduchu v mísnosi e = i, (e může bý i nižší než i v akovém říadě je čás eelné záěže odváděna venkovním vzduchem) růok oběhového vzduchu Výměník veniláorového konvekoru odvádí cielnou eelnou záěž rosoru ( ) Q = V ρ c (3.1) z ob ob i růok vzduchu veniláorovým konvekorem (oběhový) ak bude V ob Qz = ρ c ( ) ob i (3.) racovní rozdíl elo se volí odle yu veniláorového konvekoru, res. zůsobu rozýlení vzduchu v rosoru: ro araení konvekor ro odsroní konvekor ro konvekor naojený na vířivé anemosay,max = 6 K,max = 8 K,max = 1 (1) K 11

12 Na základě rovnice (3.) vybereme vhodnou jednoku s růokem blízkým Vob (zravidla ro sřední oáčky, nebo maximální oáčky) s odovídajícím výkonem QFCU. Tím je dán skuečný racovní rozdíl elo i. = Q (3.3) ( ) z i sku ρobcvob, sku Zároveň musí lai ( ρ ρ ) ( ) ρ ( ) Q = V + V c = V c (3.4) z ob ob e e i s i s ( ρ ρ )( ) ρ ( ) M = V + V x x = V x x (3.5) w ob ob e e i s i s Znázornění úravy vzduchu v h-x diagramu (Obr. 5a) : dáno, Ve dáno hygienickými ožadavky CH: ovrchová eloa chladiče: ch = (w1+w)/ : růsečík čar CH x e : i je dáno, ϕi odhadneme 3 5 % CH: sojíme body a CH : elou řiváděného vzduchu sanovíme z rovnice (3.1) na základě volby konvekoru S: směšovací ravidlo Vob/ Ve S: úrava savu vzduchu v mísnosi Výkon chladiče veniláorového konvekoru ( ) Q = V ρ h h (3.6) ch, ob ob ob i Uvedený výkon zkonrolujeme s výkonem navrženého veniláorového konvekoru. Q ch, ob Q (3.7) FCU Výkon chladiče venkovního vzduchu Q, = V ρ ( h h ) (3.8) ch e e e e e 3.. Lení rovoz - bez chlazení venkovního vzduchu V říadě, že venkovní vzduch není chlazen, je eelná záěž věráním odváděna veniláorovým konvekorem V ob Qz + Q = ρ c z, vě ( ) ob i (3.9) 1

13 3..1. Znázornění úravy vzduchu v h-x diagramu (Obr. 5b) =: dáno, Ve dáno hygienickými ožadavky CH: ovrchová eloa chladiče: ch = (w1+w)/ : i je dáno, ϕi odhadneme 3 5 % CH: sojíme body a CH : elou řiváděného vzduchu sanovíme z rovnice (3.3) na základě volby veniláorového konvekoru "fan-coil" S: směšovací ravidlo Vob / Ve S: úrava savu vzduchu v mísnosi S 3 1 S = -1 - ch - -1 CH ch - CH Obr. 5 Lení rovoz a) s chlazením venkovního vzduchu v cenrální jednoce b) bez chlazení venkovního vzduchu Konrola vzájemné olohy čar xi a xs Musí lai ( ) ρ ( ) M = V + V x x (3.1) w ob e i s Z vlhkosních zisků v mísnosi se vyočíá Mw ( xi xs ) vy = (3.11) V ρ a zkonroluje se zda 13

14 ( xi xs ) vy = ( xi xs ) h x diagram (3.1) okud uvedená rovnos nelaí, je nuné změni olohu bodu na izoermě i Lení rovoz - bez chlazení venkovního vzduchu s řívodem venkovního vzduchu z fasády Schéma sysému Řešení je obdobné s ím rozdílem, že ke směšování venkovního a oběhového vzduchu dochází ve veniláorovém konvekoru = S ch CH Obr. 6 Lení rovoz zařízení s veniláorovými konvekory a sáním venkovního vzduchu římo z fasády 14

15 3.4. Zimní rovoz Velikos, res. růok oběhového vzduchu veniláorovým konvekorem je dán návrhem ro lení rovoz. Na základě eelné bilance rosoru je možné sanovi elou vzduchu řiváděného z veniláorového konvekoru ( ) Q = V ρ c zr ob ob i obdobně jako ro lení rovoz laí ( ρ ρ ) ( ) ρ ( ) zr ob ob e e s i s i (3.13) Q = V + V c = V c (3.14) Znázornění úravy vzduchu v h-x diagramu (Obr. 7) : dáno, Ve dáno hygienickými ožadavky ZZT: dáno eloním fakorem ZZT : ohřev na elou e : vlhčení na ožadovanou relaivní vlhkos xe : evně zadán - i, ϕi : sav určíme z rovnice (3.13) S: směšovací ravidlo Ve / Vob S: úrava savu vzduchu v mísnosi Konrola vzájemné olohy čar xi a xs rovede se obdobně jako v ředchozím říadě S 1 ZZT Obr. 7 Zimní rovoz se ZZT a arním vlhčením 15

16 4. Klimaizační sysém s indukčními jednokami (chladicími rámci) Schéma sysému s araení indukční jednokou 4.1. Lení rovoz Chladicí výkon rimárního vzduchu ( ) Q = V ρc (4.1) r, c r i r kde Vr je růok rimárního vzduchu [m 3 /h] eloa rimárního vzduchu (během roku věšinou konsanní nař.: 16 C) r Chladicí výkon sekundárního vzduchu Q sek,c = Qz Qr,c (4.) růok sekundárního vzduchu Sanovíme z indukčního oměru V sek = i V (4.3) r kde i je indukční oměr dooručený výrobcem, bývá v rozmezí až 5 [-] Ochlazení vzduchu v J i Q sek,c = sek Vsek ρc (4.4) Teloa řiváděného vzduchu i = Q z ( sek + r ) V V ρc (4.5) 16

17 Ověří se, zda je dodržen říusný racovní rozdíl elo s ohledem na navrženou disribuci vzduchu Znázornění úravy vzduchu v h-x diagramu (Obr. 8) : dáno, Ve dáno hygienickými ožadavky CH: ovrchová eloa chladiče: ch = (w1+w)/ r: dána r, růsečík CH x r : i je dáno, ϕi odhadneme 3 5 % Sek: sek vylývá z rovnice (4.4) : směšovacím ravidlem Vr/ Vsek : úrava savu vzduchu v mísnosi r Sek ch CH Obr. 8 Lení rovoz zařízení s indukčními jednokami Konrola vzájemné olohy čar xi a x Zvýšení měrné vlhkosi v mísnosi je dáno Mw ( xi x ) vy = V V ρ ( rim + sek ) (4.6) a zkonroluje se zda ( xi x ) vy = ( xi x ) h x diagram (4.7) okud uvedená rovnos nelaí, je nuné změni olohu bodu na izoermě i. 17

18 Celkový výkon sekundárního chladiče Obecně laí ( ) Q = Q + Q = V ρ h h (4.8) sek sek, c sek, v sek i sek 4.. Zimní rovoz Chladicí výkon rimárního vzduchu ( ) Q = V ρc (4.9) r, c r i r 4... ořebný ooný výkon ohřívače sekundárního vzduchu (indukční jednoky) Q sek,c = Q zr +Q r,c (4.1) ořebné ohřáí sekundárního vzduchu Q = sek,c sek i Vsek ρc (4.11) Teloa řiváděného vzduchu Vsek sek +V = V + V sek r r r (4.1) Znázornění úravy vzduchu v h-x diagramu (Obr. 9) : dáno ZZT: dáno eloním fakorem ZZT r : dáno celoročně r r: arní vlhčení : i je dáno, ϕi odhadneme 3 5 % Sek: sek vylývá z rovnice (4.11) : směšovacím ravidlem Vr / Vsek : úrava savu vzduchu v mísnosi Konrola vzájemné olohy čar xi a x rovede se obdobně jako ro lení rovoz. 18

19 4 3 Sek 1 r r -1 - (ZZT) Obr. 9 Zimní rovoz zařízení s indukční jednokou 19

20 5. Chladivový klimaizační sysém Schéma sysému s násěnnou vniřní jednokou 5.1. Dimenzování řísu je obdobný jako u sysému s veniláorovými konvekory fan-coil. Sysém může bý využíván ouze ro chlazení, nebo ro chlazení a vyáění (zv. eelné čeradlo). ovrchová eloa chladiče vniřní jednoky (výarníku) se uvažuje 4 až 5 C. 5.. Výběr vniřní jednoky Vniřní jednoky chladivových sysémů mohou bý: kazeové, násěnné, odsroní, mezisroní. říklad návrhu: Cielná eelná záěž resaurace hoelu činí 18 kw. řívod venkovního vzduchu je izoermní e = i = 6 C. ro chlazení jsme zvolili VRV sysém se čyřcesnými kazeovými jednokami. ovrchová eloa chladiče ch = 5 C. racovní rozdíl elo volíme 8 až 1 K. V ob Qz 16 = = = 475 ρc 1, 11 1 [m 3 /h] Celkem oužijeme 9 jednoek FXZQ 5 s růokem 54 m 3 /h, j. celkem 486 m 3 /h (Tab. 1). Tab. 1 Kaalogový lis vniřních jednoek chladivových sysémů a výběr jednoky

21 Qz 16 36, sku = = = 9,77 ρcv 1, ob [K] Celkový ořebný výkon vniřních jednoek je 484 Qch, ob = Vob ρ ( hi h ) = 1, ( ) =,6 [kw] 36 kde enalie odečeme z h-x diagramu. Úrava vzduchu je obdobná jako na Obr. 5a. Skuečný celkový výkon jednoek z Tab. 1 je Q ch, sku = 9,8 = 5, [kw] a laí odmínka Q Q ch, sku ch, ob zn.: navržené jednoky jsou z hlediska výkonu vyhovující Výběr venkovní jednoky ro výše uvedený říklad hledáme venkovní jednoku, kerá disonuje výkonem,6 kw ři 13% zaížení (jedná se o VRV sysém). V Tab. jsou uvedeny jmenovié aramery venkovních jednoek RXYQ. V Tab. 3 jsou ak uvedeny výkonové aramery vybrané venkovní jednoky RXYQ 8. Z abulky je zřejmé, že "caaciy index" ro 13% zaížení zdroje chladu je 9,1 kw, což je více než souče jmenoviých výkonů vniřních jednoek (5, kw). ři eloě venkovního vzduchu 33 C a eloě vniřního vzduchu disonuje venkovní jednoka výkonem 3,7 kw (ořeba je,6 kw). Zvolená jednoka vyhovuje. Tab. Kaalogový lis venkovních jednoek chladivových sysémů a výběr jednoky 1

22 Tab. 3 Výkonové aramery vybrané venkovní jednoky