ZASADY PROJEKTOWANIA ZMIAN STANU POWIETRZA W SYSTEMACH KLIMATYZACJI Z TRZYSTOPNIOWYM

ODZY-SKIEM CIEPŁA

Powietrze wywiewane przepływając kolejno przez rekuperator (5, rys. 10) oraz parownik pompy ciepła (11) ochładza się poniżej punktu rosy (dochodzi do wykroplenie się zawartej w nim pary wodnej). Dalej powietrze zostaje podzielone na dwa strumienie (stru-mień powietrza wywiewanego oraz stru(stru-mień powietrza recurkulowany) w zależności od warunków wewnętrznych i zewnętrznych. Strumień obiegowy po wymieszaniu z powietrzem zewnętrznym trafia do rekuperatora (5), odbiera ciepło od powietrza wywie-wanego, a następnie zostaje ogrzany przez skraplacz pompy ciepła (6). Po przejściu przez nagrzewnicę wodną (7), ogrzany do wymaganej temperatur nawiewu, zostaje doprowa-dzony do pomieszczenia. W ten sposób zarówno temperatura jak i wilgotność powietrza w pływalni zastają utrzymane na wymaganym poziomie przy minimalnym

Analiza basenowych central... 627

Rys. 1. Basenowa centrala klimatyzacyjna z krzyżowym wymiennikiem ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [1]

Fig. 1. Swimming pool air handling unit with cross - flow heat exchange, heat pump and recirculation [1]

Rys. 2. Basenowa centrala klimatyzacyjna z krzyżowym wymiennikiem ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [2]

Fig. 2. Swimming pool air handling unit with cross - flow heat exchange, heat pump and recirculation [2]

Rys. 3. Basenowa centrala klimatyzacyjna z krzyżowym wymiennikiem ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [3]

Rys. 3. Swimming pool air handling unit with cross - flow heat exchange, heat pump and recirculation [3]

Rys. 4. Basenowa centrala klimatyzacyjna z krzyżowym wymiennikiem ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [4]

Fig. 4. Swimming pool air handling unit with cross - flow heat exchange, heat pump and recirculation [4]

Rys. 5. Basenowa centrala klimatyzacyjna - Produkt z krzyżowym wymiennikiem ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [5]

Fig. 5. Product’s swimming pool air handling unit with cross - flow heat exchange, heat pump and recirculation [5]

Rys. 6. Basenowa centrala klimatyzacyjna z podwójnym krzyżowym wymiennikiem ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [6]

Fig. 6. Swimming pool air handling unit with double cross - flow heat exchange, heat pump and recirculation [6]

Analiza basenowych central... 629

Rys. 7. Basenowa centrala klimatyzacyjna z rurką ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [7]

Fig. 7. Swimming pool air handling unit with heat pipe, heat pump and recirculation [7]

Rys. 8. Basenowa centrala klimatyzacyjna z rurką ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [2]

Fig. 8. Swimming pool air handling unit with heat pipe, heat pump and recirculation [2]

Rys. 9. Basenowa centrala klimatyzacyjna z rurką ciepła, pompą ciepła oraz recyrkulacją [8]

Fig.9 Swimming pool air handling unit with heat pipe, heat pump and recirculation [8]

Rys. 10. Schemat systemu klimatyzacji z wielostopniowym odzyskiem ciepła dla hal krytych pływalni

Fig. 10. Air - conditioning system for indoor swimming pools with multi – stage heat recovery

udziale powietrza zewnętrznego oraz przy maksymalnym wykorzystaniu ciepła i wilgoci ze strumienia usuwanego z hali.

Dane wyjściowe (okres zimowy):

a) parametry powietrza zewnętrznego wg normy PN–78/B–03420 [9]:

• temperatura powietrza na termometrze suchym – t_z, ˚C,

• wilgotność względna – φz, %,

b) parametry powietrza wewnętrznego w hali basenowej:

• temperatura powietrza wewnętrznego – tw, ˚C,

• wilgotność względna – φw, %,

c) parametry technologiczne (określane dla danego obiektu):

• zyski ciepła całkowitego – ∆QC, kW,

• zyski ciepła jawnego – Q_j, kW,

• zyski wilgoci – W_, kg/s,

Analiza basenowych central... 631

• niezbędny strumień objętościowy powietrza zewnętrznego ze względów higienicznych zalecany dla zapewnienia odczucia komfortu i świeżości – VZ,

m³/h.

Rys. 11. Przebieg zmian stanu powietrza wentylacyjnego na wykresie i-x powietrza wilgotnego w okresie zimowym

Fig. 11. Air conditioning processes on h - x chart for humid air during the winter

Na rysunku 11 zaznaczono procesy: WT – chłodzenie powietrza wywiewanego na krzyżowym wymienniku ciepła, TN – chłodzenie i osuszanie powietrza na parowniku pompy ciepła, NZ – mieszanie powietrza obiegowego z powietrzem zewnętrznym, MK – ogrzewanie powietrza na krzyżowym wymienniku ciepła, KB – ogrzewanie przez skraplacz pompy ciepła, BC – ogrzewanie powietrza przez nagrzewnicę wodną, CW – zmiana stanu powietrza w pomieszczeniu. Punkt M określa stan powietrza po wymieszaniu w komorze mieszania powietrza recyrkulacyjnego z powietrzem zewnętrznym Vz.

Projektowanie procesów obróbki powietrza dla schematu systemu klimatyzacji z wielostopniowym odzyskiem ciepła na rys. 10 zaczynamy od naniesienia na wykres i-x powietrza wilgotnego (rys. 11) punktu opisującego stan powietrza zewnętrznego Z (t_z, φ_z), oraz wewnętrznego W (tw, φw). W kolejnym kroku zakładamy temperaturę nawiewu, która ze względów higienicznych powinna wynosić nie więcej niż 40 – 45 ºC. Punkt C, opisujący stan powietrza nawiewanego do hali, otrzymamy na przecięciu linii tC = const i współczynnika kierunkowego przemiany stanu powietrza ε, który przeprowadzamy przez punkt W:

W Q_c

ε= [kJ/kg], (1)

Następnie obliczamy ilość powietrza nawiewanego:

)

Znając ilość powietrza zewnętrznego zalecanego ze względów higienicznych oraz całkowitą ilość powietrza wentylacyjnego możemy określić stosunek długości odcinków ZM i MN na linii ZN opisujących proces mieszania się tych strumieni:

V Teore-tyczny proces odzysku ciepła przy kondensacji pary wodnej w krzyżowym wymienniku ciepła zachodzi po linii φ = 100 %. Biorąc pod uwagę wszystkie te dane oraz miejsce usy-tuowania punktu Z w sposób geometryczny znajdujemy położenie punktu M (stan miesza-nia powietrza zewnętrznego i recyrkulowanego) oraz punktu N (stan powietrza wywiewa-nego za parownikiem pompy ciepła), budując linię ZN tak, żeby został spełniony warunek (3) oraz żeby punkt N leżał na linii φ = 100 %.

gdzie: η – sprawność temperaturowa odzysku ciepła wymiennika krzyżowego, %, i_M, i_W – entalpia odczytana z wykresu i-x powietrza wilgotnego (rys. 11), kJ/kg, V1 – ilość powietrza nawiewanego, m³/h,

V₂ – ilość powietrza wywiewanego, m³/h.

Po przekształceniu otrzymuje on postać:

) xc = const. Punkt T wyznaczymy z bilansu cieplnego:

T

W kolejnym kroku wyznaczamy moc parownika pompy ciepła (11, rys. 10):

Analiza basenowych central... 633 )

,PC (T N

P V i i

Q = ⋅ρ⋅ − [kW], (6) gdzie: i_M, i_W – entalpia odczytana z wykresu i-x powietrza wilgotnego (rys. 11), kJ/kg,

Określenie parametrów powietrza po wstępnym ogrzaniu (punktu B) wymaga ob-liczenia mocy skraplacza pompy ciepła (6, rys. 10) z zależności [10]:

, ⋅ −1 gdzie: ε – współczynnik wydajności grzewczej (cieplnej) pompy ciepła [11].

Temperaturę w punkcie B określamy ze wzoru:

K wodna będzie pracować z mocą cieplną:

) (_{C B}

N V c t t

Q = ⋅ρ⋅ ⋅ − [kW], (9) Moc sprężarki obliczamy z zależności [10]:

1

a) parametry powietrza zewnętrznego wg normy PN–78/B–03420 [9]:

• temperatura powietrza na termometrze suchym – t_z = -20˚C,

• wilgotność względna – φz = 100 %,

• entalpia właściwa powietrza – iz = -18,4kJ/kg,

• zawartość wilgoci – xz = 0,8 g/kg,

b) parametry powietrza wewnętrznego w hali basenowej [13]:

• temperatura powietrza wewnętrznego – tW = 30˚C,

• wilgotność względna – φw = 60%, c) parametry technologiczne [13]:

• zyski ciepła całkowitego – ∆QC = 46,4 kW,

• straty ciepła jawnego – Q_j =47,4kW,

• zyski wilgoci – W= 132,3kg/h,

• niezbędny strumień objętościowy powietrza zewnętrznego ze względów higienicznych zalecany dla zapewnienia odczucia komfortu i świeżości (w przeliczeniu na jednostkę powierzchni, na 1 m² powierzchni lustra