Zagadnienie kondensacji pary wodnej na powierzchni grzejnika centralnego ogrzewania, wy-korzystywanego w okresie letnim do sch ladzania pomieszczenia, by lo przedmiotem analizy w trakcie projektowania eksperymentu w poczatkowym okresie realizacji niniejszej pracy, to֒ jest w latach 2005 - 2006. Nastepnie, na podstawie wynik´ow eksperymentu modelowego, w֒ eksperymencie dla obiektu rzeczywistego ograniczono dolny zakres temperatury wody ch lo-dzacej, doprowadzanej do wymiennika, do warto´sci oko lo 15֒ ◦C, w celu unikniecia wyst֒ apienia֒ procesu kondensacji. Przeprowadzone w ramach pracy eksperymenty dla obiektu rzeczywi-stego z u˙zyciem wymiennika dwup lytowego, o wymiarach: 140× 60 cm, opisane w rozdziale 5, potwierdzi ly wprawdzie brak wystepowania kondensacji, lecz wykaza ly, zgodnie z wynikami֒ symulacji numerycznej, obni˙zona efektywno´s´c sch ladzania, spowodowan֒ a stosunkowo ma l֒ a֒ r´o˙znica temperatury w uk ladzie powierzchnia wymiennika – otoczenie. Jak podano we wnio-֒ skach, efektywno´s´c sch ladzania mo˙ze by´c zwiekszona w wyniku wprowadzenia do instalacji֒ wody o ni˙zszej temperaturze, np. oko lo 10◦C, ale w obiekcie rzeczywistym powinny by´c wprowadzone r´ownocze´snie pewne dodatkowe modernizacje systemu, ograniczajace lub eli-֒ minujace prawdopodobie´֒ nstwo wystapienia zjawiska kondensacji, jak r´֒ ownie˙z uwzgledniaj֒ ace֒ mo˙zliwo´s´c odprowadzania na zewnatrz skroplonej pary wodnej.֒
W literaturze, w latach 2008 – 2009 pojawi ly sie prace autorstwa J.A. Myhren i S. Holm-֒ berg na temat mo˙zliwo´sci zwiekszenia intensywno´sci konwekcyjnej wymiany ciep la w wyniku֒ wymuszenia ruchu powietrza w bezpo´srednim otoczeniu wymiennika, zar´owno w okresie na-grzewania pomieszcze´n w okresie jesienno-zimowym jak i ch lodzenia pomieszcze´n w okresie letnim [58, 59, 60].
Badania te potwierdzaja zainteresowanie realizowan֒ a w ramach niniejszej pracy ide֒ a wyko-֒ rzystania wymiennik´ow centralnego ogrzewania do sch ladzania pomieszcze´n w okresie letnim, jako rozwiazania alternatywnego do om´֒ owionych w punkcie 2.5.
W pracach [58, 59, 60] zaproponowano interesujace rozwi֒ azanie, polegaj֒ ace na wykona-֒ niu kana lu wentylacyjnego w ´scianie, w rejonie wymiennika, umo˙zliwiajacego bezpo´srednie֒ skierowanie strumienia powietrza z zewnatrz do przestrzeni pomi֒ edzy p lytami wymiennika –֒ Rysunek 6.1. W pracy [58] zamieszczono wykresy obrazujace mo˙zliwo´s´c zwi֒ ekszenia wsp´o l-֒ czynnika konwekcyjnej wymiany ciep la w uk ladzie powierzchnia wymiennika – otoczenie w wyniku zwiekszania pr֒ edko´sci przep lywu powietrza – Rysunek 6.2. Wprawdzie w ramach֒ prac [58, 59, 60] nie wykonano pomiar´ow warto´sci temperatury w uk ladzie, ale na podstawie
Rysunek 6.1: Schemat wymiennika zaproponowanego w pracy [58]
Rysunek 6.2: Wsp´o lczynnik konwekcyjnej wymiany ciep la w funkcji predko´sci przep lywu po-֒ wietrza pomiedzy r´֒ ownoleg lymi p lytami wymiennika rozdzielonymi szczelina o֒ grubo´sci 0, 02 m oraz wzd lu˙z pojedynczej powierzchni pionowej, wed lug[58]
rozwa˙za´n teoretycznych oszacowano moc cieplna systemu kana l wentylacyjny – wymiennik֒ ciep la dla predko´sci przep lywu powietrza przez kana l wentylacyjny r´֒ ownej0, 7 m/s i przy temperaturze i wilgotno´sci wzglednej powietrza zewn֒ etrznego, odpowiednio 30֒ ◦C/65% oraz temperaturze i wilgotno´sci wzglednej powietrza wewn֒ etrznego, odpowiednio 24֒ ◦C/65%, a mianowicie:
• 55 W - dla przypadku braku kondensacji pary wodnej w kanale wentylacyjnym oraz na powierzchni wymiennika;
• 166 W - dla przypadku dopuszczenia wystapienia kondensacji w kanale wentylacyjnym֒ oraz braku kondensacji na powierzchni wymiennika.
Wed lug autor´ow pracy [58], zaproponowana idea pozwala istotnie zwieksza´c zdolno´s´c ch lo-֒ dzac֒ a systemu, niemniej jej wdro˙zenie musi uwzgl֒ ednia´c mo˙zliwo´s´c odprowadzania wody֒ na zewnatrz. Niezb֒ edne jest te˙z wbudowanie sytemu automatycznej kontroli temperatury֒ powierzchni wymiennika, umo˙zliwiajacego uzyskanie wymaganego efektu ch lodz֒ acego przy֒ uwzglednieniu parametr´ow punktu rosy wp lywaj֒ acego z zewn֒ atrz powietrza.֒
[1] Hobler T., ”Ruch ciep la i wymienniki.”, WNT, 1986
[2] Staniszewski B., ”Wymiana ciep la. Podstawy teoretyczne”, PWN, 1980
[3] Mochnacki B., Suchy J.S., ”Numerical methods in computations of foundry processes”, PFTA, 1995
[4] Krajewski W.K., Sprawozdanie z wynik´ow bada´n uzyskanych w ramach projektu celo-wego NOT nr ROW 377 -204, ”Opracowanie systemu sch ladzania pomieszcze´n miesz-kalnych i u˙zytkowych z wykorzystaniem istniejacych instalacji centralnego ogrzewania”֒ (praca niepublikowana), AGH WO, Krak´ow, 2004
[5] Kawalec D., Krajewski W.K., ”Preliminary results of numerical simulation of heat trans-fer between cooling device and its nearest neighbourhood” Proceedings of the 43rd Fo-undry Days. Brno, 2006
[6] Zarzycki R., ”Wymiana ciep la i ruch masy w in˙zynierii ´srodowiska”, WNT, 2005 [7] Szargut J., ”Modelowanie numeryczne p´ol temperatury”, WNT, 1992
[8] Benard H., ”Les tourbillons cellulaires dans nappe liquide transportant de la chaleur par convection en regime permanent”, Rev. Gen Sci. Pure Appl. 11 1261- 1271, 1309-1328, 1900
[9] Rayleigh, Lord., ”On convection currents in a horizontal layer of fluid when the higher temperature is on the underside”, Phil. Mag. 32 529-546, 1916
[10] Kochevsky A. N., ”Possibilities for simulation of fluid flows using the modern CFD software tools”, http://arxiv.org/abs/physics/0409104, 2004
[11] Piatek R., ”Analiza termiczna o˙zebrowanego wymiennika ciep la z nier´֒ ownomiernym do-p lywem czynnik´ow” Rozdo-prawa doktorska, Politechnika ´Slaska, Gliwice, 2003֒
[12] Gutkowski K. M., ”Ch lodnictwo i Klimatyzacja”, WNT 2003
[13] Mi´sniakiewicz E., ”Wymiana powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych i jej wp lyw na jako´s´c powietrza wewnetrznego”,rozprawa doktorska, 2002֒
[14] ”FLUENT 6.0 User’s Guide”, Fluent Inc., 2001 [15] http://www.fluent.com, - Strona domowa Fluent.Inc
[16] Grant obliczeniowy nr MNiSW/HP I SD/AGH/029/2007
[17] http://www.engineeringtoolbox.com - Zbi´or narzedzi in˙zynierskich֒
[18] Fanger, P.O., ”Human Comfort and Energy consumption in residental Buildings”, Tuscon 1980
[19] Gierszewska M., ”Metoda Elementu Sko´nczonego -Wprowadzenie”, WFiIS AGH
[20] http://www.roymech.co.uk/Related/Thermos/Thermos HeatTransfer.html - Heat Transfer by Convection
[21] Bejan, A., Kraus, A. D., ”Heat Transfer Handbook”, John Wiley & Sons, 2003 [22] Bejan A., ”Heat Transfer”, JohnWiley, New York, 1993
[23] Bejan A., ”Convection Heat Transfer”, JohnWiley, New York, 1984
[24] Anderson D.A., Pletcher R.H., ”Computational Fluids Mechanics and Heat Transfer”, Mc Graw-Hill, New York, 1984
[25] Chandrasckhar S., ”Hydrodynamic and hydromagnetic stability”, Claredndon Press Oxford, 1961
[26] Croft D., Lilley D., ”Heat transfer calculations using finite difference equations”, Applied Science Publishers LTD, London, 1977
[27] De Vahl Davis G., Jones J.P., ”Natural convection in squire cavity – A comparison exercise”, Int. J. Numerical Methods in Fluids 3 227-248, 1983
[28] Eckert R.G., Carlson W., ”Natural convection in an air layer enclosed between two vertical plates with different temperatures”, Int. J. Heat and Mass Transfer 2 106-120, 1961
[29] Fusegi T., Hyun J.M., ”Laminar and transitional natural convection in a enclosure with complex and realistic conditions”, Int. J. Heat Fluid Flow 15 258-268, 1994
[30] Gebhart B., Jaluria Y., Mahajan R.M., ”Buoyancy-Introduced Flows and Transport”, Hemisphere Publishing Company, New York, 1988
[31] ”ABC izolacji ze styropianu” (praca zbiorowa),Stowarzyszenie Producent´ow Styropianu, http://www.styropiany.pl
[32] Fortuna Z., ”Metody Numeryczne”, PWN, Warszawa, 1985
[33] Reddy J.N., ”An introduction to the finite element method”, McGraw-Hill, 1993
[34] Guardoa A., Coussiratb M., Larrayoza M.A. , Recasensa F., Egusquizab E., ”Influence of the turbulence model in CFD modeling of wall-to-fluid heat transfer in packed beds”, Chemical Engineering Science 60, 2005
[35] Naphon P.,Wongwises S., ”A study of the heat transfer characteristics of a compact spiral coil heat exchanger under wet-surface conditions”, Experimental Thermal and Fluid Science 29, 2005
[36] Hasan A., Siren K., ”Theoretical and computational analysis of closed wet cooling towers and its applications in cooling of buildings”, Energy and Buildings 34 p. 236, 2002 [37] Jeong G., Jeong S., Kim K., ”Simultaneous Determination of Reference Free-Stream
Temperature and Convective Heat Transfer Coefficient”, International Journal of Applied Science, Engineering and Technology vol. 4 nr 2 107-112, 2007
[38] Fohanno S., Polidori G., ”Modelling of natural convective heat transfer at an internal surface”, Energy and Buildings 38 548–553, 2006
[39] ”Thermophysical Properties of Humid Air”, M. Conde Engineering, 2005
[40] Hoffmann A., Chiang T., Siddiqui S., Papadakis M., ”Fundamental equations of fluid mechanics”, Enginnering Education System, USA, 1996
[41] Jaluria Y., ”Natural Convection Heat and Mass Transfer”, Pergamon Press, U.K.,1980 [42] Kazimierski Z., ”Numeryczne wyznaczanie tr´ojwymiarowych przep lyw´ow
turbulent-nych”, PAN, Instytut Maszyn Przep lywowych, Wydawnictwo PAN, Ossolineum, Wro-c law, 1992
[43] Leonard B.P., ”A stable and accurate convective modelling procedure based on quadratic upstream interpolation”, Comp. Meth. Appl. Eng. 19 59-98, 1979
[44] Mikielewicz J., ”Modelowanie proces´ow cieplno-przemys lowych”, Ossolineum, Wroc law, 1995
[45] Ostrach S., ”Natural convection heat transfer in cavities and cells”, Proc. 7th Int’l Heat Transfer Conference, Munich, Germany 6 365-379, 1982
[46] Ostrach S., ”Natural convection in enclosures”, ASME J. Heat Transfer 110 1175-1190, 1988
[47] ¨Ozisik N.M., ”Finite difference methods in heat transfer”, CRC Press. Boca Raton, 1994 [48] Patankar S.V., Spalding D.B., ”A calculation procedure for heat, mess and and mo-mentum transfer in three dimensional parabolic flow”, Int’l J.Heat Mass Transfer 15 1787-1806, 1972
[49] Patankar S.V., ”Numerical heat transfer and fluid flow”, Hemisphere, New York, 1980 [50] Roache J.P., ”Computational Fluid Dynamics, Hermosa Publishers Albuquerque”, New
Mexico, 1976
[52] Turner J.S., ”Buoyancy effects in fluids”, Cambridge University Press, Cambrige, 1973 [53] Wi´sniewski S., ”Wymiana ciep la”, PWN, Warszawa 1979
[54] Wycz´o lkowski S., ”Modelowanie stacjonarnej konwekcji swobodnej w dwuwymiarowej przestrzeni zamknietej”, Wydawnictwo Politechniki Cz֒ estochowskiej, 1998֒
[55] Schmidt D., Ala-Juusela M. ”Low Exergy Systems for Heating and Cooling of Buildings”, 21st Conference on Passive and Low Energy Architecture. Eindhoven, 2004
[56] Hirayama Y., Batty W.J., ”Dehumidifying chilled radiator system for hot and humid climates”, Energy and Buildings 30 203–210, 1999
[57] Pfafferott J.U., Herkel S., Kalz D.E., Zeuschner A., ”Comparison of low-energy office buildings in summer using different thermal comfort criteria”, Energy and Buildings 39 750–757, 2007
[58] Myhren J.A., Holmberg S., ”Summertime cooling witch ventilation radiator”, Proce-edings of Indoor Air Quality, Ventilation and Energy Conservation in Buildings p. 236 ,2007
[59] Myhren J.A., Holmberg S., ”Flow patterns and thermal comfort in a room with panel, floor and wall heating”, Energy and Buildings 40 524–536, 2008
[60] Myhren J.A., Holmberg S., ”Design considerations with ventilation-radiators: Compari-sons to traditional two-panel radiators”, Energy and Buildings 41 92–100, 2009
[61] Niu J., v.d. Kooi J., v.d. Ree H., ”Energy saving possibilities with cooled-ceiling systems”, Energy and Buildings 23 147-158, 1995
[62] Rossy J., Roulet Y., Roulet C., ”Using large radiant panels for indoor climate conditio-ning”, Energy and Buildings 30 121–126, 1999
[63] Wang X., Niu J., van Paassen A. H. C., ”Raising evaporative cooling potentials using combined cooled ceiling and MPCM slurry storage ”, Energy and Buildings 40 1691–1698, 2008
[64] Wang S., Morimoto M., Soeda H., Yamashita T., ”Evaluating the low exergy of chilled water in a radiant cooling system”, Energy and Buildings 40 1856–1865, 2008
[65] Dieckmann J., Roth K. W., Brodrick J., ”Radiant Ceiling Cooling”, ASHRAE Journal, 46, 6 ProQuest Education Journals p. 42, 2004
[66] Awbi H. B., Hatton A., ”Natural convection from heated room surfaces”, Energy and Buildings 30 233–244, 1999
[67] Bakos G. C., Tsioliaridou E., Tsagas N. F., ”Experimental investigation of a low energy consumption air conditioning system based on conventional central heating installation”, Energy and Buildings 38 45–52, 2006
[68] Lin Yi-Jiun P., Linden P. F., ”Model of an underfloor cooling system”, American Physical Society, 54th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics November, 18 - 20, 2001 [69] http://www.wentylacja.com.pl/ - wykres Molliera
[70] Bahadori M. N., ”Passive cooling systems in Iranian architecture”, Scientific American 144–54, 1978
[71] http://www.i4at.org/lib2/aircool.htm - pasywne ch lodzenie, wie˙ze chlodnicze [72] http://www.budujemydom.pl - pompy ciep la
[73] http://www.gwc.com.pl - gruntowe wymienniki ciep la
[74] Kalantar V., ”Numerical simulation of cooling performance of wind tower (Baud-Geer) in hot and arid region”, Renewable Energy 34 246–254, 2009