naturalnej wielko´ sci
5.3 Wyniki eksperyment´ ow dla obiektu rzeczywistego
• Przebieg ch lodzenia pomieszczenia w dniu 22 lipca 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (czujnik 108): 27 ÷ 42֒ ◦C, pomieszczenia (101): 26 ÷ 27◦C, wody ch lodzacej (106): 15 ÷ 22֒ ◦C. Rysunek 5.6
15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50 60 Temperature [*C] Time [h] T(t) 101 middle 108 ambient
Rysunek 5.4: Dzienne wahania temperatury dla pomieszczenia bez ch lodzenia oraz otoczenia w dniach od 17 do 19 czerwca 2009. 15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50 60 Temperature [*C] Time [h] T(t) 101 middle 108 ambient
Rysunek 5.5: Dzienne wahania temperatury dla pomieszczenia bez ch lodzenia oraz otoczenia w dniach od 29 czerwca do 1 lipca 2009.
0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.6: Przebieg ch lodzenia w dniu 22 lipca. Zakresy zmian temperatury: zewnetrznej֒ (108): 30 ÷ 40◦C, pomieszczenia (101): 26 ÷ 27◦C, wody ch lodzacej (106):֒ 15 ÷ 19◦C
• Przebieg ch lodzenia pomieszczenia w dniu 23 lipca 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (108): 29 ÷ 45֒ ◦C, pomieszczenia (101): 27 ÷ 30◦C, wody ch lodzacej (106): 17 ÷ 22֒ ◦C. Rysunek 5.7
• Przebieg ch lodzenia pomieszczenia w dniu 28 lipca 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (108): 25 ÷ 32֒ ◦C, pomieszczenia (101): 26 ÷ 27◦C, wody ch lodzacej (106): 17 ÷ 20֒ ◦C. Rysunek 5.8
• Przebieg ch lodzenia pomieszczenia w dniu 1 sierpnia 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (108): 25 ÷ 34֒ ◦C, pomieszczenia (101): 27 ÷ 28◦C, wody ch lodzacej (106): 21 ÷ 22֒ ◦C. Rysunek 5.9
• Przebieg ch lodzenia pomieszczenia w dniu 7 sierpnia 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (108): 24 ÷ 38֒ ◦C, pomieszczenia (101): 26 ÷ 28C, wody ch lodzacej (106): 21 ÷ 22C. Rysunek 5.10֒
• Przebieg warto´sci temperatury pomieszczenia (badanie referencyjne bez ch lodzenia) w dniu 17 sierpnia 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (108):֒ 26 ÷ 40◦C, pomieszczenia (101): 25 ÷ 28C. Rysunek 5.11
• Przebieg ch lodzenia pomieszczenia w dniu 21 sierpnia 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (108): 23 ÷ 38֒ ◦C, pomieszczenia (101): 27 ÷ 28◦C, wody ch lodzacej (106): 17 ÷ 19֒ ◦C. Rysunek 5.12
0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.7: Przebieg ch lodzenia w dniu 23 lipca. Zakresy zmian temperatury: zewnetrznej֒ (108): 29 ÷ 45◦C, pomieszczenia (101): 27 ÷ 30◦C, wody ch lodzacej (106):֒ 17 ÷ 22◦C 0 10 20 30 40 50 60 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.8: Przebieg ch lodzenia w dniu 28 lipca. Zakresy zmian temperatury: zewnetrznej֒ (108): 25 ÷ 32◦C, pomieszczenia (101): 26 ÷ 27◦C, wody ch lodzacej (106):֒ 17 ÷ 20◦C
0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.9: Przebieg ch lodzenia w dniu 1 sierpnia. Zakresy zmian temperatury: zewnetrz-֒ nej (108): 25 ÷ 34◦C, pomieszczenia (101): 27 ÷ 28C, wody ch lodzacej (106):֒ 21 ÷ 22◦C 0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.10: Przebieg ch lodzenia w dniu 7 sierpnia. Zakresy zmian temperatury: zewnetrz-֒ nej (108): 24 ÷ 38◦C, pomieszczenia (101): 26 ÷ 28◦C, wody ch lodzacej (106):֒ 21 ÷ 22◦C
0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.11: Przebieg warto´sci temperatury (badanie bez ch lodzenia) w dniu 17 sierpnia 2009. Zakresy zmian temperatury: zewnetrznej (108): 26 ÷ 40֒ ◦C, pomieszcze-nia (101): 25 ÷ 28◦C 0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.12: Przebieg ch lodzenia w dniu 21 sierpnia. Zakresy zmian temperatury: ze-wnetrznej (108): 23 ÷ 38֒ ◦C, pomieszczenia (101): 27 ÷ 28◦C, wody ch lodzacej֒ (106): 17 ÷ 19◦C
0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle 102 exchanger 106 inlet 108 ambient
Rysunek 5.13: Przebieg ch lodzenia w dniu 2 wrze´snia. Zakresy zmian temperatury: zewnetrz-֒ nej (108): 22 ÷ 30◦C, pomieszczenia (101): 25 ÷ 26◦C, wody ch lodzacej (106):֒ 14 ÷ 19◦C
• Przebieg ch lodzenia pomieszczenia w dniu 2 wrze´snia 2009. Przybli˙zony zakres zmian temperatury: zewnetrznej (108): 22 ÷ 30֒ ◦C, pomieszczenia (101): 25 ÷ 26◦C, wody ch lodzacej (106): 14 ÷ 19֒ ◦C. Rysunek 5.13
Podsumowanie temperatury poczatkowej i ko´֒ ncowej pomiar´ow znajduje sie w tabeli 5.2. Dla֒ poprawienia czytelno´sci wykres´ow, w wynikach z pomiar´ow umieszczono tylko najwa˙zniejsze krzywe, to jest warto´sci z termoelement´ow 101, 102, 106 i 108 - oznaczenia wed lug tabeli 5.1. Krzywe z termoelement´ow 103 i 104 maja podobny przebieg do 101, a termoelementy 105 i֒ 107 pokrywaja si֒ e z krzyw֒ a 106.֒
Tablica 5.2: Wyniki pomiar´ow dla obiektu rzeczywistego - podsumowanie Pomiar Rysunek T0[◦C] TEN D[◦C] △T [◦C] Uwagi
22 lipca 5.6 26 27 1
23 lipca 5.7 27 30 3 najwy˙zsza temp. otoczenia
28 lipca 5.8 26 27 1
1 sierpnia 5.9 27 28 1
7 sierpnia 5.10 26 28 2
17 sierpnia 5.11 25 28 3 bez ch lodzenia
21 sierpnia 5.12 27 28 1 2 wrze´snia 5.13 25 26 1
0 10 20 30 40 50 60 -5000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle AC 108 ambient AC 101 middle 108 ambient
Rysunek 5.14: Por´ownanie pomiar´ow z ch lodzeniem - krzywe czerwone (z rys. 5.10) i bez ch lodzenia - krzywe czarne (z rys. 5.11)
Zmiany temperatury w badanym pomieszczeniu zale˙zne by ly od czasokresu utrzymywania sie wysokiej temperatury dziennej oraz od jej warto´sci maksymalnej. Czynniki te wp lywa ly֒ na warto´sci poczatkowej temperatury pomieszczenia, (to jest przed rozpocz֒ eciem procesu֒ sch ladzania), kt´ora zmienia la sie w poszczeg´֒ olnych eksperymentach w zakresie od oko lo 24◦C do oko lo 27◦C. Z tego powodu w dyskusji wynik´ow efektywno´s´c sch ladzania odniesiono do r´o˙znicy temperatury, a nie do bezwzglednych warto´sci temperatury.֒
Zgodnie z zamieszczonymi wykresami, temperatura w pomieszczeniu niesch ladzanym, mie-rzona czujnikiem 101 w centrum geometrycznym pomieszczenia, wzrasta w ciagu dnia o oko lo֒ cztery stopnie, to jest od oko lo 24◦C do 28◦C - por´ownanie pomiar´ow 5.10 i 5.11 znajduje sie na rysunku 5.14. W l֒ aczenie obiegu ch lodzenia przy nieekranowanych oknach powoduje,֒ i˙z temperatura w pomieszczeniu wzrasta w ciagu dnia o oko lo dwa stopnie, to jest od oko lo֒ 27◦C do 29◦C (rysunki 5.6 i 5.7). Por´ownanie pomiar´ow 5.6 i 5.11 znajduje sie na rysunku֒ 5.15. Wytypowane do bada´n pomieszczenie nara˙zone jest na bezpo´srednie promieniowanie s lo´nca, co mia lo istotny wp lyw na efektywno´s´c sch ladzania. Wprowadzenie ekranowania okien pomieszczenia p lytami styropianowymi pozwoli lo wyeliminowa´c wp lyw bezpo´sredniego pro-mieniowania s lonecznego, nieuwzglednianego r´֒ ownie˙z w obliczeniach numerycznych. Zmiany temperatury w tym ostatnim przypadku powodowane by ly g l´ownie nagrzanym powietrzem, wp lywajacym do pomieszczenia z otoczenia oraz ciep lem przenikaj֒ acym przez ´sciany. Wy-֒ eliminowanie wp lywu bezpo´sredniego promieniowania s lonecznego pozwala utrzyma´c w po-mieszczeniu sta la temperatur֒ e, co zobrazowano na rysunkach 5.8 i 5.13.֒
0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Temperature [*C] Time [s] T(t) 101 middle AC 108 ambient AC 101 middle 108 ambient
Rysunek 5.15: Por´ownanie pomiar´ow z ch lodzeniem - krzywe czerwone (z rys. 5.10) i bez ch lodzenia - krzywe czarne (z rys. 5.6)
Reasumujac, zastosowane w badaniach obiektu rzeczywistego urz֒ adzenie do sch ladzania֒ wody o niewielkiej mocy, stosowane uprzednio w badaniach modelowych, oraz stosunkowo wy-soka wyj´sciowa temperatura wody ch lodzacej, to jest oko lo 15֒ ◦C, pozwalaja na utrzymanie na֒ sta lym poziomie temperature w pomieszczeniu z ekranowanymi oknami, kompensuj֒ ac ciep lo֒ wp lywajace z nagrzanym powietrzem z otoczenia oraz ciep lo przenikaj֒ ace przez nagrzewane֒ ´sciany pomieszczenia. W czasie sch ladzania temperatura wody doprowadzanej do kalory-fera wzrasta do oko lo 19 ÷ 20◦C wskutek niewystarczajacej mocy urz֒ adzenia sch ladzaj֒ acego.֒ Mo˙zna jednak przyja´c, i˙z zwi֒ ekszenie mocy do poziomu zabezpieczaj֒ acego utrzymanie sta lej֒ temperatury wody ch lodzacej pozwoli na obni˙zenie temperatury w pomieszczeniu, zgodnie z֒ wynikami uzyskanymi w symulacji procesu ch lodzenia rzeczywistego pomieszczenia dla tem-peratury otoczenia 33◦C i temperatury wody ch lodzacej 15֒ ◦C – wykres 4.22. Nale˙zy zwr´oci´c r´ownie˙z uwage, i˙z zgodnie z wynikami symulacji numerycznej, nie uwzgl֒ edniaj֒ acej wentylacji֒ pomieszczenia nagrzanym powietrzem z zewnatrz, temperatura sch ladzanego pomieszczenia֒ praktycznie nie ulega ju˙z zmianie poczawszy od czasu oko lo 9000 s od rozpocz֒ ecia procesu֒ sch ladzania, stabilizujac si֒ e na poziomie ok. 27 ÷ 28֒ ◦C (wykres 4.22), a wiec na poziomie֒ zarejestrowanym w pomiarach walidacyjnych obiektu rzeczywistego. Zgodno´s´c powy˙zszych wynik´ow symulacji numerycznej i pomiar´ow walidacyjnych mo˙zna uzna´c za podstawe do֒ dalszej rozbudowy algorytm´ow opracowanego modelu numerycznego.
Na podstawie przedstawionych powy˙zej wynik´ow uzyskanych w ramach niniejszej pracy mo˙zna sformu lowa´c nastepuj֒ ace wnioski ko´֒ ncowe:
• Ch lodzenie pomieszcze´n przy pomocy wymiennik´ow ciep la instalacji grzewczej jest mo˙z-liwe. Ustalono, i˙z zadowalajac֒ a efektywno´s´c ch lodzenia zapewnia u˙zycie wody ch lodz֒ a-֒ cej o stosunkowo niskiej temperaturze, to jest mieszczacej si֒ e w zakresie 10÷13֒ ◦C. U˙zy-cie wody o temperaturze poni˙zej 10◦C powoduje skraplanie sie wilgoci na powierzchni֒ wymiennika, co jest zjawiskiem niepo˙zadanym z punktu widzenia u˙zytkownika. Z kolei֒ zastosowanie wody ch lodzacej o temperaturze wy˙zszej od 13֒ ◦C skutkuje nadmiernym wyd lu˙zeniem czasu ch lodzenia.
• Ch lodzenie komory modelowej w zakresie temperatury od oko lo 32◦C do oko lo 22◦C trwa oko lo dw´och godzin, podczas gdy pomieszczenie rzeczywiste osiagnie zbli˙zon֒ a tem-֒ perature po up lywie oko lo jednej doby. Wed lug wynik´ow eksperyment´֒ ow, intensywno´s´c ch lodzenia przy pomocy wymiennik´ow instalacji grzewczej jest wystarczajaca dla pod-֒ trzymania w pomieszczeniu nienagrzanym temperatury komfortu cieplnego, czyli bie-˙zacej kompensacji ciep la przewodzonego przez ´sciany oraz wp lywaj֒ acego z nagrzanym֒ powietrzem z otoczenia. W przypadku, gdy pomieszczenie rzeczywiste zostaje nagrzane do temperatury oko lo 32◦C przed w laczeniem ch lodzenia - instalacja ma zbyt ma l֒ a moc֒ do obni˙zenia temperatury w kr´otkim czasie. Wynika to z faktu, ˙ze moc instalacji grzew-czej jest zaprojektowana dla r´o˙znicy temperatury z zakresu 20 ÷ 40◦C, natomiast a w przypadku sch ladzania pomieszcze´n - r´o˙znica ta osiaga warto´s´c oko lo 10 stopni, co po-֒ woduje du˙ze obni˙zenie mocy. W celu odpowiedniego przyspieszenia procesu sch ladzania grzejniki powinny posiada´c odpowiednio zwiekszon֒ a powierzchni֒ e wymiany ciep la.֒ • Na podstawie wynik´ow bada´n z zastosowaniem r´o˙znych predko´sci przep lywu wody ch lo-֒
dzacej stwierdzono, i˙z zmienny wydatek wody ch lodz֒ acej doprowadzanej do wymien-֒ nika nie wp lywa zasadniczo na intensywno´s´c procesu ch lodzenia. Oznacza to, ˙ze proces odprowadzania ciep la limitowany jest warto´scia wsp´o lczynnika konwekcyjnej wymiany֒ ciep la w uk ladzie powierzchnia wymiennika - powietrze pomieszczenia (komory mode-lowej).
• Po lo˙zenie grzejnik´ow w dolnych cze´sciach pomieszcze´֒ n nie sprzyja ch lodzeniu, gdy˙z powietrze oziebione pozostaje w dolnych partiach pomieszczenia i nie powstaj֒ a pr֒ ady֒ konwekcyjne wspomagajace wymian֒ e ciep la wskutek mieszania powietrza.֒
• Na podstawie oblicze´n numerycznych potwierdzono, i˙z zastosowana metoda daje bar-dzo dobre rezultaty w modelowaniu rozk lad´ow przestrzennych i czasowych tempera-tury oraz wilgotno´sci w pomieszczeniach. Jej wadami sa: d lugi czas oblicze´֒ n procesu ch lodzenia oraz konieczno´s´c uwzglednienia wp lywu wilgotno´sci powietrza, co wymaga֒ zaawansowanych metod obliczeniowych.
• Warto´sci zmian temperatury uzyskane dla uk ladu modelowego w trakcie bada´n ekspe-rymentalnych oraz w trakcie oblicze´n numerycznych pozostaja w dobrej zgodno´sci - co֒ mo˙ze ´swiadczy´c o poprawno´sci zbudowanego numerycznego modelu procesu. Podob-nie, zgodno´s´c wykazuja sporz֒ adzone w obu eksperymentach, fizycznym i numerycznym,֒ bilanse cieplne.
• Uzyskane w ramach pracy wyniki pozwalaja przewidywa´c mo˙zliwo´s´c zastosowania opra-֒ cowanego modelu numerycznego do analizy procesu sch ladzania pomieszcze´n rzeczy-wistej wielko´sci, po uwzglednieniu dodatkowych czynnik´ow - jak na przyk lad ciep la֒ wnoszonego z powietrzem w uk ladzie wentylacji.
Reasumujac, uzyskane w ramach pracy wyniki upowa˙zniaj֒ a do sformu lowania podsumowu-֒ jacego wniosku ko´֒ ncowego, i˙z udowodniona zosta la teza oraz osiagni֒ eto za lo˙zone cele pracy.֒
Uzyskane w pracy wyniki wytyczaja kierunki dalszych bada´֒ n w obszarze udoskonalania zbudowanego modelu numerycznego, a w szczeg´olno´sci uwzglednienia nast֒ epuj֒ acych czynni-֒ k´ow dla obiekt´ow naturalnej wielko´sci:
• wp lywu wymiany powietrza z otoczeniem poprzez systemy wentylacji, dostarczajacej֒ do pomieszczenia dodatkowych ilo´sci ciep la, a tak˙ze uwzglednienia dobowych zmian֒ temperatury,
• wp lywu akumulacji ciep la w ´scianach pomieszcze´n oraz uwzglednienie dodatkowych,֒ wewnetrznych ´zr´֒ ode l ciep la,