( ) ( ) NÁVRH CHLADIČE VENKOVNÍHO VZDUCHU. Vladimír Zmrhal. ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí Vladimir.Zmrhal@fs.cvut.

Transkript

1 21. konference Klimaizace a věrání 14 OS 01 Klimaizace a věrání STP 14 NÁVRH CHLADIČ VNKOVNÍHO VZDUCHU Vladimír Zmrhal ČVUT v Praze, Fakula srojní, Úsav echniky prosředí Vladimir.Zmrhal@fs.cvu.cz ANOTAC Průběh změny savu vzduchu u chladičů venkovního vzduchu v moderních věracích a klimaizačních zařízeních je poněkud odlišný než popisují eoreické závislosi. Časo dochází k siuaci, kdy je chladič vzduchu oproi předpokladu poddimenzovaný což má, při exrémních savech vzduchu, za následek nedosaečné odvlhčení vzduchu. U vysokoeploních sysémů, kde nasává riziko kondenzace, o může předsavova problém, kdy klimaizační sysém přesává v podsaě plni svou funkci. Článek uvádí konkréní příklady úpravy savu vzduchu na chladiči za různých okrajových podmínek. ÚVOD Teoreická změna savu při chlazení vzduchu Proces změny savu vzduchu probíhá ideálně po přímce, což se vysvěluje jako směšování vzduchu, přiváděného do chladiče s nasyceným vzduchem na povrchu chladiče [2]. Zpravidla se rozlišují dva základní případy podle oho, jaká je povrchová eploa chladiče: bez kondenzace - ch rb s kondenzací - ch < rb Pro eoreický průběh se povrchová eploa chladiče u vodního chladiče sanoví jako sřední eploa chladicí vody + 2 w1 w2 ch, = [ C] (1) Pro chladič pracující se jmenoviým eploním rozdílem 6/12 C bude povrchová eploa ch, = (6+12)/2 = 9 C. Při použií přímého výparníku je povrchová eploa rovna vypařovací eploě, kerá bývá obvykle 4 až C. Korekce eoreického předpokladu U lamelových výměníků časo nedochází k dokonalému odvedení vodní páry, jak předpokládá eoreický průběh a reálný proces probíhá přibližně po křivce do konečného savu 2r (obr. 1). Určié řešení poskyuje lieraura [4], kdy se povrchová eploa chladiče koriguje s ohledem na účinnos žebra η ž e ηž = e ch, k ch, [-] (2) Pro lamelové chladiče vzduchu v klimaizaci lze předpokláda účinnos žebra η ž 0,8 [4]. Příklad: Pro vodní chladič w1 / w2 = 6/12 C bude povrchová eploa chladiče po korekci ( ) ( ) ch, k = e ηž e ch, = 32 0, = 12, [ C]

2 0 [ C] rb ch,k ch, x 2k x k 0 s.v. h [kj/kg ] = x [g/kg ] s.v RÁLNÝ PRŮBĚH NA CHLADIČI VZDUCHU Ve skuečnosi je úprava vzduchu při chlazení ovlivněna dalšími fakory, jako je rychlos proudění vzduchu a poče řad výměníku. S použiím návrhového programu [] bylo zkoumáno chování chladiče venkovního vzduchu pro zadaný eploní rozdíl 6/12 C, daný sav venkovního vzduchu, proměnnou rychlos proudění výměníkem (1,1 až 6,1 m/s) a poče řad výměníku (3, 4, 6 a 8). Na obr. 2 je znázorněn průběh změny savu vzduchu při chlazení pro běžné návrhové podmínky venkovního vzduchu 32 C a 8 kj/kg. V obrázku jsou bodově znázorněny savy vzduchu za vodním chladičem pro různé rychlosi proudění v průřezu výměníku. Pro porovnání jsou v obrázku znázorněny i eoreické přímkové průběhy s povrchovou eploou chladiče sanovenou podle rovnice (1) a čárkovaně podle (2). Obr. 1 Průběh změny savu vzduchu při chlazení (eoreická a korigovaná úprava) Tab. 1 Doporučené rychlosi proudění v průřezu VZT jednoek podle ČSN N 3 [6] Třída Rychlos proudění [m/s] V2 > 1,6 až 1,8 V3 > 1,8 až 2,0 V4 > 2,0 až 2,2 V > 2,2 až 2, V6 > 2, až 2,8 V7 > 2,8 až 3,2 Z obr. 2a) je zřejmé, že při použií řířadého výměníku (13 vsupů, rozeč 3,2 mm) prakicky nedochází k odvlhčení vzduchu a o ani při relaivně nízkých rychlosech proudění vzduchu. Je zřejmé, že doba kerou vzduch sráví ve výměníku je velmi kráká. Z výsledků obdržených výpočovým programem jsou pro rychlosi 2,1 m/s a eploy vzduchu za výměníkem 22 až 26 C parné vyšší měrné vlhkos vzduchu. Oázkou zůsává, zda má vzduch endenci se navlhči (unáše zpě kondenzá), nebo zda je eno jev způsoben např. regresí výsledků obdržených pro jiné okrajové podmínky. U osmiřadého výměníku (26 vsupů, rozeč 2,1 mm) je již siuace poněkud odlišná viz obr. 2b). Pro nízké rychlosi proudění vzduchu výměníkem se reálná úprava vzduchu přibližuje eoreické úpravě s povrchovou eploou chladiče podle rovnice (1). Pomineme-li skuečnos, že rychlosi proudění w < 1,6 m/s a w > 3,2 m/s se v prakických aplikacích vyskyují minimálně (viz doporučené rychlosi proudění uvedené v ab. 1), je z obr. 2b) názorně vidě, že směr změny savu vzduchu podsaně ovlivňuje právě rychlos proudění. Čím delší dobu sráví vzduch ve výměníku (nižší rychlos proudění, věší výměníková plocha), ím věší bude odvlhčení x.

3 3 Vodní chladič (3 řady) w1 / w2 = 6 / 12 C : 32 C a 8 kj/kg 3 Vodní chladič (8 řad) w1 / w2 = 6 / 12 C : 32 C a 8 kj/kg Teploa vzduchu [ C] Teploa vzduchu [ C] w = 4,1 m/s w =,1 m/s w = 6,1 m/s Měrná vlhkos x [g/kg] a) b) Měrná vlhkos x [g/kg] Obr. 2 Průběh změny savu vzduchu na reálném chladiči pro e = 32 C, h e = 8 kj/kg a) 3 řadý výměník, b) 8 řadý výměník 3 Vodní chladič (4 řady) w1 / w2 = 6 / 12 C : C a 70 kj/kg 3 Vodní chladič (8 řad) w1 / w2 = 6 / 12 C : C a 70 kj/kg Teploa vzduchu [ C] w = 4,1 m/s Teploa vzduchu [ C] w = 4,1 m/s Měrná vlhkos x [g/kg] a) b) Měrná vlhkos x [g/kg] Obr. 3 Průběh změny savu vzduchu na reálném chladiči pro e = C, h e = 70 kj/kg a) 4 řadý výměník, b) 8 řadý výměník Na obr. 3 jsou výsledky obdobného šeření s ím rozdílem, že nasávaný vzduch odpovídá exrémním klimaickým hodnoám z pohledu enalpie venkovního vzduchu: C a 70 kj/kg (Praha 03) [8]. Z obr. 3 je zřejmé, že při uvažování vyšší měrné vlhkosi resp. enalpie venkovního vzduchu jsou rozdíly v odvlhčení vzduchu pro různé rychlosi proudění výměníku éměř minimální a reálné závislosi se u řířadého chladiče přibližují změně savu vzduchu po korekci dle (2), u osmiřadého pak leží mezi oběma přímkami.

4 VÝKON CHLADIČ Předsavme si siuaci, kdy navrhujeme výkon chladiče pro běžné návrhové podmínky 32 C a 8 kj/kg, kdy eploa přiváděného vzduchu pe1 = 16 C. Výrobce zařadí do klimaizační jednoky řířadý chladič (viz obr. 2a), kerý prakicky neodvlhčuje (obr. 4). Výkon chladiče je dán rozdílem enalpií h1 = he 1 h pe1 = 8 41 = 17 [kj/kg] (3) Pro případy, kdy během roku dojde k výskyu vyšší enalpie venkovního vzduchu (konkréní hodnoy viz [8]) bude požadavek na výkon chladiče vyšší. Pro exrémní sav vzduchu C a 70 kj/kg je pořebný výkon dán opě rozdílem enalpií h2 = he 2 h pe2 = = 29 [kj/kg] (4) poměr výkonů 1 a 2 pak bude Q Q 17 = = = 0, [-] () zn., že pro zadaný případ bude chladič o 42 % poddimenzovaný. 3 e1 e2 i 1 I1 I2 2 3,6 3,4 3,2 3,0 p = w ch CH P1 P2 = ,4 2,2 2,0 1,8 1, Obr. 4 Znázornění rozdílů při chlazení venkovního vzduchu při různých venkovních podmínkách a zachování výkonu chladiče I když k překročení uvažovaných návrhových podmínek venkovního vzduchu (32 C a 8 kj/kg) dochází omezenou čás roku [8], u někerých sysémů může poddimenzování chladiče venkovního vzduchu předsavova provozní problém. Jedná se zejména o vysokoeploní klimaizační sysémy (indukční jednoky, chladicí rámce, chladicí sropy) kdy je venkovním vzduchem odváděna vlhkosní záěž prosoru. Jak je parno z obr. 4 nejen, že chladič není schopen ochladi vzduch na požadovanou eplou přiváděného vzduchu, ale hlavním problémem je nedosaečné odvlhčení vzduchu a následné problémy s kondenzací vodní páry na výměníkových plochách umísěných v mísnosi. Využií chladiče vzduchu Na obr. je znázorněna čenos (obr a) a kumulaivní čenos (obr. b) výskyu výkonu chladiče během období 1991 až 0. Provoz chladiče se předpokládá v období od kvěna do září, 7 až 19 hodin (vč. víkendů). Výkon chladiče byl sanoven na základě eoreické závislosi s povrchovou eploou chladiče určenou podle rovnice (1). Teploa přiváděného

5 vzduchu p = 16 C. Předpokládá se, že chladič je v provozu při eploách venkovního vzduchu vyšších než 17, C. Z uvedeného vyplývá, že 90 % času pracuje chladič vzduchu s výkonem,1 kw, edy cca polovičním, než jaký je za exrémních podmínek pořeba. Výkon chladiče navržený na podmínky 32 C a 8 kj/kg je a pouze 1,6 % času (což odpovídá 27 hodinám za le) je zapořebí výkon věší. Z hlediska výkonového využií chladiče ak věší výkon chladiče (věší poče řad) nemá na časový provoz prakicky vliv. a) b) Obr. Čenos a kumulaivní čenos výskyu výkonu chladiče v průběhu le ZÁVĚR Z uvedeného vyplývá, že při návrhu cenrální klimaizační jednoky je nuno věnova zvýšenou pozornos výslednému savu vzduchu za chladičem vzduchu. Zejména se o ýká prosorů, keré mají celoročně přísné nároky na oleranci eploy a vlhkosi vzduchu v klimaizovaném prosoru nebo při použií vysokoeploních klimaizačních sysémů, kdy může v exrémních případech a nesprávném návrhu chladiče dojí ke kondenzaci vodních par na výměníkových plochách umísěných ve vniřních prosorách klimaizované budovy. LITRATURA [1] ASHRA Handbook 09. Fundamenals. Alana: ASHRA, Inc., 09. ISBN [2] DRKAL, F., ZMRHAL, V. Věrání. Vysokoškolské skripum. Česká echnika - nakladaelsví ČVUT v Praze. 13. ISBN [3] CHYSKÝ, J. Vlhký vzduch. 2.vyd. Praha: SNTL, [4] RCKNAGL, H., SPRNGR,., SCHRAMK,. Taschenbuch für Heizung und Klimaechnik. München: Oldenbourg Indusrieverlag, 07. ISBN : [] Climacal. Návrhový sofware společnosi Janka ngineerig. Dosupný z <hp://janka.cz/navrhovy-sofware.hml>. [6] ČSN N 3+A1 (12 700) Věrání budov Vzduchoechnické manipulační jednoky Hodnocení a provedení jednoek, prvků a čásí [7] ZMRHAL, V., DRKAL, F., BARTÁK, M., LAIN, M. Specifikace meody výběru paramerů venkovního vzduchu pro dimenzování výměníků epla ve věracích a klimaizačních zařízeních. Rozborový úkol č. RU/0006/13. ČVUT v Praze. 14.

6 [8] ZMRHAL, V. Riziko kondenzace u vysokoeploních klimaizačních sysémů. In Vyápění, věrání, insalace, roč. 23, č. 2, s , 14. ISSN SZNAM OZNAČNÍ c měrná epelná kapacia [J/(kg.K)] h enalpie [kj/kg] Q výkon [kw] eploa [ C] w rychlos proudění [m/s] ρ husoa [kg/m 3 ] η účinnos [-]