KLIMATIZACE A PRŮMYSLOVÁ VZDUCHOTECHNIKA VYBRANÝ PŘÍKLAD KE CVIČENÍ II.

Transkript

1 KLIMATIZACE A PRŮMYSLOVÁ VZDUCHOTECHNIKA VYBRANÝ PŘÍKLAD KE CVIČENÍ II. (DIMENZOVÁNÍ VĚTRACÍHO ZAŘÍZENÍ BAZÉNU) Ing. Jan Schwarzer, Ph.D.. Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

2 1 Obsah 1 Obsah Označení Zadání Řešení Množství odpařené vody Přestup tepla mezi vodní hladinou a okolním vzduchem Tepelné zisky od osob Prostup tepla stavebními konstrukcemi Tepelné zisky sluneční radiací okny Zátěž vázaným teplem Energetická bilance pro letní období Energetická bilance pro zimní období Určení průtoku vzduchu pro letní období Určení průtoku vzduchu pro zimní období Příloha 1 (h-x diagram) /11

3 2 Označení M hmotnostní průtok (kg/s) Q tepelný tok (W) V objemový průtok (m 3 /s) S plocha (m 2 ) c měrná tepelná kapacita (J/kg K) h měrná entalpie (J/kg) l skupenské teplo (J/kg) p tlak (Pa) p v parciální tlak vodních par (Pa) p vs parciální tlak sytých vodních par (Pa) r měrná plynová konstanta (J/kg K) t teplota ( C) x měrná vlhkost (kg/kg s.v., g/kg s.v. ) α součinitel přestupu tepla (J/m.K) β součinitel přenosu hmoty (m/h) ρ hustota (kg/m 3 ) φ relativní vlhkost vzduchu (%, -) Jedná se o příklad dimenzování větracího zařízení bazénu. Při řešení příkladu se předpokládají základní znalosti úprav vlhkého vzduchu. 3/11

4 3 Zadání Navrhněte parametry větracího zařízení pro letní a zimní období pro krytý prostor s veřejným bazénem. Základní okrajové podmínky výpočtu: Počet osob (n) 20 - Vodní plocha (S HL ) 80 m 2 Teplota vody (t W ) 28 C Teplota vnitřního vzduchu (t i ) 31 C Maximální relativní vlhkost vnitřního vzduchu (ϕ i ) 0,60 - Teplota venkovního vzduchu při letním extrému (t e ) 30 C Entalpie venkovního vzduchu při letním extrému (h e ) 56 kj/kg A Teplota venkovního vzduchu při zimním extrému (t e ) -12 C Relativní vlhkost venkovního vzduchu při zimním extrému (ϕ e ) 1 - Plocha oken (S W ) 20 m 2 Orientace oken (a) Celková intenzita sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením (I o ); západní orientace, v Z 539 W/m 2 Korekce na čistotu atmosféry (c o ) - 1 Stínicí součinitel (s) - 0,5 4/11

5 4 Řešení 4.1 Množství odpařené vody Vnitřní parametry bazénového prostoru jsou v letním a v zimním období stejné. Množství odpařené vody je proto pro obě období stejné. V následující tabulce jsou uvedeny součinitelé přenosu hmoty β (m/h) pro bazénové prostory v závislosti na charakteru provozu. V tabulce je vyznačen zadaný typ provozu: Charakter provozu nepoužívaný bazén β n (m/h) používaný bazén β p (m/h) Zakrytý bazén (odpar pouze z přetokového žlábku) 0,7 - Soukromý bazén 7 21 Veřejný bazén (hloubka vody > 1,35 m) 7 28 Veřejný bazén (hloubka vody < 1,35 m) 7 40 Bazén s umělými vlnami 7 50 Množství odpařené vody je určeno vztahem: 2 β M = S p p r T + T ( ) ( ( ) (, ϕ )) W HL VS tw V ti I V W I (1) kde p VS(tW) (Pa) je parciální tlak sytých vodních par při teplotě vzduchu shodné s teplotou vody: 4044,2 ln p = 23,58 p = 3781Pa VS ( tw ) VS ( tw ) 235,6 + tw (2) a p V(tI,ϕI) (Pa) je parciální tlak vodních par ve vnitřním prostoru: p V( ti, ϕi) pvs ( ti ) 4494Pa = = = 2696Pa (3) ϕ 0,65 I Vztah (1) potom bude: M = 24,9 kg / h = 6,9 g / s (kg/h) (4) W 4.2 Přestup tepla mezi vodní hladinou a okolním vzduchem Přestup tepla mezi vodní hladinou a okolním vzduchem je shodný pro letní i zimní období: Q = α S t = (31 28) = 2,4kW (5) α hl 5/11

6 4.3 Tepelné zisky od osob Tepelné zisky od osob se uvažují pouze v létě: Q = n q = = 2, 4kW (6) h 4.4 Prostup tepla stavebními konstrukcemi Pro stanovení prostupu tepla stavebními konstrukcemi lze použít základní vztah: u ( ) Q =Σ U S t (7) Pro zjednodušení celého příkladu je tepelná zátěž stavebními konstrukcemi pro letní období zadána : Q U(léto) = 1,0 kw a pro zimní období jsou zadány tepelné ztráty: Q U(zima) = 12,0 kw 4.5 Tepelné zisky sluneční radiací okny Tepelné zisky sluneční radiací okny se uplatňují v letním období. Pro výpočet se může použít dosud platná norma ČSN Výchozí vztah je ( ) Qor = Sos Io co + So Sos Iod s (8) kde S os (m 2 ) je osluněná plocha oken, S o (m 2 ) celková plocha oken, I o (W/m 2 ) - celková intenzita sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením, I od (W/m 2 ) - intenzita difúzní sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením, c o (-) - korekce na čistotu atmosféry, s (-) - stínicí součinitel. Předpokládá se oslunění celé prosklené plochy. Tepelné zisky sluneční radiací okny potom budou: Qor = 5, 4kW (9) 4.6 Zátěž vázaným teplem Podíl zátěže vázaným teplem je z celkové zátěže nejvýznamější. Základní vztah pro stanovení zátěže vázaným teplem (výparné teplo vody l = kj/kg): Q = M l (10) w w Zátěž vázaným teplem se uplatňuje v létě i v zimě a je určena: 3 Qw = 6, = 17,3kW (11) 6/11

7 4.7 Energetická bilance pro letní období Bilance celkového tepla je: QC =Σ Qi = Qh + QU ( léto) + QOR + QW Qα = 23,7kW (12) Směrové měřítko pro letní období potom bude: QC δ = = 3, 43 kj / g (13) M W 4.8 Energetická bilance pro zimní období QC =Σ Qi = QW Qα QU( zima) = 2,9kW (14) Směrové měřítko pro zimní období bude: QC δ = = 0, 42 kj / g (15) M W 4.9 Určení průtoku vzduchu pro letní období Postup práce je vidět v h-x diagramu. Jednotlivé kroky jsou: a) podle směrového měřítka určit směr změny stavu vzduchu, b) vyznačit stav vnitřního vzduchu I (t i = 31 C), c) určit změnu měrné vlhkosti x=1,3 g/kg A Nyní lze určit potřebný průtok větracího vzduchu: MW 6,9 g/ s 3 M = = = 5,3 kg / s = 15,9 m / h x 1, 3 g/ kg A (16) Pozn.: 1. Po určení průtoku venkovního vzduchu je třeba kontrolovat několik parametrů, například intenzitu výměny vzduchu I (-/h), která by neměla překročit 12 (-/h). 2. Výsledný stav vnitřního vzduchu (následující obrázek) je charakterizován teplotou t i = 31 C, ale také relativní vlhkostí ϕ i = 40 (%). Je důležité si uvědomit, že veškeré předchozí výpočty vycházely z předpokládané relativní vlhkosti ϕ i = 60 (%)!. Proto je vhodné celý postup iteračně opakovat tak, aby na začátku výpočtu a na jeho konci byly ϕ i (%) stejné. 7/11

8 Postup práce je vidět v následujícím h-x diagramu: 8/11

9 4.10 Určení průtoku vzduchu pro zimní období Průtok vzduchu pro zimní období je dán zejména požadavkem pro odvedení vlhkostní zátěže. Podílí-li se vzduchotechnika i na krytí tepelných ztrát, je třeba určit (v závislosti na průtoku) pracovní rozdíl teplot t p (K). Hlavním cílem v zimním období je nejen určení průtoku větracího vzduchu, ale také určení výkonu ohřívače. Výkon ohřívače je závislý na uspořádání VZT jednotky (viz obrázky): Schéma vzduchotechniky s cirkulací: Schéma vzduchotechniky se ZZT: Schéma vzduchotechniky s cirkulací a ZZT (provozně nejvýhodnější sestava): 9/11

10 Na následujícím obrázku je vidět znázornění změn stavu vzduchu pro zimní období s cirkulací a s předehřevem: Postup práce je vidět v h-x diagramu. Jednotlivé kroky jsou: a) zakreslení stavu venkovního vzduchu t e a stavu vnitřního vzduchu t i., b) dle tepelných ztrát stanovení teploty přiváděného vzduchu t p, QU( zima) t p = (17) cv ρ Přesné umístění teploty přiváděného vzduchu na h-x diagramu se provede na průsečíku přímky směrového měřítka procházející bodem teploty t i a vypočtené teploty t p. c) stanovení teploty vzduchu po předehřevu t př, d) V souladu se základními úpravami vlhkého vzduchu, konkrétně s ohřevem, je průbeh změny stavu vzduchu v h-x diagramu kolmý. Přesné údaje jsou k dispozici o stavu venkovního vzduchu t e, stavu vnitřního vzduchu t i a stavu přiváděného vzduchu t p. Směr změny stavu vzduchu při ohřevu musí směřovat do bodu t p. Stav vzduchu po smísení SM se získá právě z průsečíku: a) přímky změny stavu vzduchu při ohřevu, b) úsečky propojující mísící se stavy vzduchu, e) ze stanoveného bodu stavu po smísení je možné určit poměr směšování. 10/11

11 5 Příloha 1 (h-x diagram) 11/11