Zaprojektować urządzenie wentylacyjne dla hali produkcji silników elektrycznych

Zaprojektować urządzenie wentylacyjne dla hali produkcji silników elektrycznych

Dane

 Obiekt – pomieszczenie przemysłowe

 Lokalizacja – Wrocław,

Parametry powietrza zewnętrznego – Lato t_z= 30C, _z= 45%, Zima t_z= -18C, _z=100%

Parametry powietrza wewnętrznego - t_p= +20 ÷ +26 C

Lato t_n=7 K _p= wynikowa

 Wymiary hali a x b x h = 60 x 20 x 6 m

 Zyski ciepła w okresie letnim (max. zyski w max t_z):

• Przegrody zewnętrzne 48,0 kW,

• Oświetlenie 22,0 kW

• Technologia 65 kW ,

• Liczba osób – 120 osób,

• Zyski całkowite od ludzi

 Temperatura ścianki chłodnicy = +10 C Okres zimny:

 Współczynniki zmniejszające dla zysków ciepła: Q_T– 0,3, Q_św – 0,4, Q_L– 0,4

 Straty ciepła w zimie przez przegrody przy t_z= -18 C i tp= +20 C, Q_str= 34,0 kW

 W trakcie produkcji wydziela się:

ksylen NDS=100 mg/m³, K= 1,3 kg/h, wsp. poprawkowy =1,4 toluen NDS=100 mg/m³, K= 1,5 kg/h, wsp. poprawkowy =1,4

 Zastosować odzysk pośredni glikolowy o sprawności = 0,75 os

W q_c 132 /

tp 20 23 26

q_jW/os 108 85 66

w_jg/h i os 35,5 45,3 53,1

Dane wyjściowe wykres i-x

Zakres parametrów

pomieszczenia

Okres letni 1. Bilans ciepła jawnego w okresie letnim

- Zyski ciepła przez przegrody zewnętrzne Q

 48 , 0 kW

- Zyski ciepła od oświetlenia elektrycznego Q

 22 , 0 kW

- Zyski ciepła technologiczne Q

 65 , 0 kW

- Zyski ciepła od ludzi Q

 n  q

 120  0 , 066  7 , 92 kW

kW

Q

 48  22  65  7 , 92  142 , 92

jL z

św T

zbjoc Q Q Q Q

Q    

t

= +26  C, t

= 30  C,

2. Bilans ciepła całkowitego i wilgoci w okresie letnim Okres letni

kW q

n Q

Q Q

Q







 

kW Q

 65  22  48  120  132  10

 150 , 84

Zyski wilgoci okresu ciepłego

1000 kg/s 3600 

 

oc

w w n

kg/s 10

77 , 1 00177 ,

1000 0 3600

1 , 53

120



 

  x

w

t

= +26  C, t

= 30  C,

os W q_c 132 /

3. Współczynnik kierunkowy przemiany w pomieszczeniu w okresie letnim Okres letni

t_p= +26 C, t_z= 30C

  kJ/kg

oc zbc oc

oc

w

 Q



kJ/kg 85220

10 77 , 1

84 , 150

3



 



>20000kJ/kg przemiana pionowa

Okres letni 4. Strumień powietrza wentylacyjnego

-z bilansu cieplnego

  m

/s t

c V Q

p zbj oc oc

   



h m

V

16 , 93 m /s 60950 / 7

005 ,

1 2 , 1

92 ,

142 





 

Opary ksylenu i toluenu są cięższe od

powietrza

Założenie: t=7 K

Organizacja wymiany powietrza:

zalecany wywiew w większości dołem, nie ma gradientu temperatury

Okres letni 5. cd. Strumień powietrza wentylacyjnego



 ^m

^/s

,

i n i

i i i

NDS

NDS C

V K



  

h m

V

1 , 4 5 , 05 m /s 18200 /

3600 100

10 3 ,

1





 

 

- K- ogólna liczba wydzielających się zanieczyszczeń kg/s - NDS- największe dopuszczalne stężenie w pomieszczeniu kg/m³ - C_n– zawartość zanieczyszczeń w powietrzu nawiewanym kg/m³ - - współczynnik poprawkowy (od 0,75 do 1,2 – 1,5)

h m

V

1 , 4 5 , 83 m /s 21000 /

3600 100

10 5 ,

1

 





 

/h m 39168

/s m 88

, 10 83

, 5 05 ,

5  



NDS

 V

ksylen NDS=100 mg/m³, K= 1,3 kg/h, wsp. poprawkowy =1,4 toluen NDS=100 mg/m³K= 1,5 kg/h, wsp. poprawkowy =1,4 to typowe rozpuszczalniki – zalecana druga metoda obliczeniowa

-z bilansu zanieczyszczeń

  ^{m /s}

max

NDS

V

V 



 ^m

^/s

,



 ^{ } _



i i ni

i i i

i NDS

NDS

NDS C

V K

V 

albo:

Oddziaływanie zanieczyszczeń na człowieka:

podobne (objawy) i występuje efekt synergiczny Oddziaływanie zanieczyszczeń

na człowieka jest niezależne

6. Krotność wymiany powietrza dla strumienia maksymalnego Okres letni

7200

6 20

60 m

h b a

K        ,



 h

K V

46

, 7200 8

3600 93

,

16  



 h

Zakładając że cały strumień powietrza dostarczony będzie do strefy przebywania ludzi, można przeliczyć krotność dla kubatury z założoną wysokością 4 m.

1

'

12 , 69

4800

3600 93

,

16  



 h

3

'

a b h 60 20 4 4800 m

K       

Kubatura pomieszczenia

Odzysk ciepła

Centrala zblokowana

Centrala rozdzielona

Okres letni

3 1

1 2

t t

t t

t



 



indeksy

1- powietrze nawiewane przed wymiennikiem, 2- powietrze nawiewane za wymiennikiem, 3- powietrze wywiewane przed wymiennikiem

 ^{t t}  ^C

t

t



 





7. Odzysk ciepła

t

t

t

 ^{t t}    ^C

t

t



 





 30  0 , 75  30  26  27

Sprawność:

Odzysk pośredni założono sprawność = 0,75

Urządzenie do odzysku energii

Okres letni 8. Temperatura nawiewu

C t

t

t



   26  7  19

9. Moc chłodnicy

 ^{i i}    ^kW

V

Q

   



 16 , 93  1 , 2  58  44 , 5  274 , 3

7K - z warunków zadania

Okres zimowy

Założenie początkowe;

Ten sam strumień powietrza wentylacyjnego w okresie zimowym i letnim.

Okres zimowy 10. Bilans zysków jawnych dla okresu zimowego

•Całkowite straty ciepła przez przegrody Q_str= -34,0 kW

•Zyski ciepła od światła el.

•Zyski ciepła od technologii

kW Q

Q



 0 , 4  22  0 , 4  8 , 8

kW Q

Q



 0 , 3  65  0 , 3  19 , 5

•Zyski jawne ciepła od ludzi

kW q

n m

Qj

  

 0 , 4  120  0 , 108  5 , 18

tp 20 23 26

q_jW/os 108 85 66

w_jg/h i os 35,5 45,3 53,1

Współczynniki zmniejszające Q_T– 0,3, Q_św– 0,4, Q_L– 0,4

- z warunków zadania

Okres zimowy 11. Bilans zysków jawnych dla okresu zimowego

kW Q

Q Q

Q

Q









 8 , 8  19 , 5  5 , 18  34   0 , 52

W przypadku zastosowania podciśnienia moc nagrzewnicy musiałaby być jeszcze większa.

Doszłoby jeszcze zapotrzebowanie na infiltrację.

Okres zimowy

12. Temperatura nawiewu dla maksymalnego strumienia

c C V

t Q

t

p zbjoz poz

noz

20 0 , 02 20 , 0

005 , 1 2 , 1 93 , 16

52 ,

20 0   





 

 

 

 

Okres zimowy

13. Efekt odzysku ciepła = temperatura przed nagrzewnicą

3 1

1 2

t t

t t

t



 



 ^{t t}    ^C

t

t



 





  18  0 , 75   18  20  10 , 5

Temperatura powietrza nawiewanego za wymiennikiem do odzysku ciepła:

Odzysk pośredni założono sprawność = 0,75

UWAGA:

• W przypadku odzysku glikolowego można założyć stałą sprawność odzysku (lato-zima).

• Efekt odzysku na wymiennikach krzyżowych, przeciwprądowych, krzyżowo-przeciwprądowych zmniejsza się zimą – maleje sprawność układu: wymiennik + by-pass, bo otwiera się by-pass aby zapobiec oblodzeniu wymiennika. W efekcie, temp. przed nagrzewnicą jest niższa od obliczonej dla stałej sprawności.

Urządzenie do odzysku energii

Okres zimowy 14. Moc nagrzewnicy dla maksymalnego strumienia

 ^{t t}



c V

Q

   





  ^kW

Q

 16 , 93  1 , 2  1 , 005  20  10 , 5  194

Okres zimowy

15. W przypadku braku zysków ciepła od technologii – uruchomienie pracy zakładu po przerwie .

kW Q

Q

 

  34

c C V

t Q

t

p zbjoz poz

noz

20 1 , 66 21 , 7

005 , 1 2 , 1 93 , 16

20 34   





 

 

 

 

Okres zimowy

16. Moc nagrzewnicy maksymalna bez wewnętrznych zysków ciepła

 ^{t t}



c V

Q

   





  ^kW

Q

 16 , 93  1 , 2  1 , 005  21 , 7  10 , 5  229

Uwaga:

W przypadku braku instalacji c.o. lub odpowiednika.

Po długim okresie nieużytkowania wentylacji przy przerwie w produkcji może nastąpić wychłodzenie pomieszczenia.

Aby ograniczyć wychłodzenie pomieszczenia można na przykład:

-zaprojektować elementy grzejne,

- przewidzieć pracę instalacji wentylacji (ogrzewanie powietrzne) np. z recyrkulacją na minimalnym biegu i utrzymywać temperaturę dyżurną.

Dodatkowo można, w przypadku obniżenia temperatury powietrza w pomieszczeniu w czasie przerw, przemyśleć uruchomienie wentylacji po przerwie z odpowiednim wyprzedzeniem, tak aby w chwili rozpoczęcia pracy uzyskać odpowiednie warunki w pomieszczeniu. Pociąga to za sobą i tak konieczność pewnego przewymiarowania nagrzewnicy.

Moc nagrzewnicy powinna być wystarczająca do uzyskania właściwej temperatury nawiewu przy braku

zysków ciepła.

Okres zimowy

17. Bilans ciepła całkowitego w okresie zimowym

t

= +20 C, t

= -18C

kW Q

Q Q

Q

Q









 8 , 8  19 , 5  6 , 33  34  0 , 63 kW q

n m

Q

  

 0 , 4  120  0 , 132  6 , 33

Okres zimowy 18. Zyski wilgoci okresu zimnego

19. Współczynnik kierunkowy przemiany powietrza w pomieszczeniu

1000 kg/s 3600

20

,

m

w

w

n





 

kg/s 10

47 , 0 000473 ,

0 4 , 1000 0 3600

5 , 35

120   



  x

w

  kJ/kg

oz zbc oz

oz

w

 Q



kJ/kg 10 1353

47 , 0

63 , 0

3



 



Wykres i-x dla warunków obliczeniowych

Okres zimowy

Sprawdzenie możliwości redukcji strumienia powietrza wentylacyjnego

w okresie zimowym

20. Zmiana strategii wentylacji.

Strumienie powietrza uzyskane z obliczeń:

Strumień z bilansu ciepła

64 , 60950 0 39200 



BC NDS

V V Strumień z zanieczyszczeń

/h m 60950

/s m 93

,

16



BC

 V

/h m 39200

/s m 89

,

10



NDS

 V

• Okres letni – praca przy strumieniu powietrza maksymalnym

• Okres zimowy – praca przy strumieniu powietrza zmniejszonym:

PROPOZYCJA MODYFIKACJI: zmienny strumień powietrza (VAV) w przedziale:

Dotychczas opisywany system: stały strumień powietrza (CAV)

Należy utrzymać minimalną wartość strumienia powietrza wentylującego, która zapewnia skuteczne usuwanie zanieczyszczeń: V_NDS

Okres zimowy

21. Praca urządzenia wentylacyjnego przy zmniejszonym strumieniu powietrza /h

m 39200

/s m 89

,

10

'

 V

 

V

c C V

t Q

t

p zbjoz poz

noz

20 0 , 038 20 , 0

005 , 1 2 , 1 89 , 10

5 , 20 0

'

  





 

 

 

 

22. Temperatura nawiewu dla zmniejszonego strumienia

23. Moc nagrzewnicy przy odzysku ciepła

  kW

Q

 10 , 89  1 , 2  1 , 005  20  10 , 5  124 , 8

kW Q

V

Dla _max  _Noz 194

24. Temperatura nawiewu przy braku zysków ciepła od technologii c C

V t Q

t

p zbjoz poz

noz

20 2 , 58 22 , 6

005 , 1 2 , 1 89 , 10 20 34

'

  





 

 

 

 

25. Moc nagrzewnicy przy braku zysków ciepła od technologii

  ^kW

Q

 10 , 89  1 , 2  1 , 005  22 , 6  10 , 5  158 , 76

kW Q

V

Dla   229

UWAGA: Zmiana sprawności odzysku ciepła po zmniejszeniu przepływu powietrza jest pomijalnie mała

Założenia:

Temperatura powietrza w pomieszczeniu w okresie zimowym +20 C,

Temperatura powietrza w pomieszczeniu w okresie letnim nadążna max +26 C, Bilans ciepła w okresie zimowym ujemny, t

=20 C,

Różnica temperatury do obliczenia strumienia powietrza wentylacyjnego przyjęta 7 K, Maksimum zysków ciepła w okresie letnim w maksymalnej temperaturze,

Sprawność odzysku ciepła 75 %.

Zmienny strumień powietrza lato/zima=0,64

64 , 60950 0 39200 



NDS

V

V

Wykres t-t

dla 100 % strumienia powietrza przez cały rok

Wpływ zamarzania wymiennika do odzysku ciepła na moc szczytową nagrzewnicy

W wymiennikach odzyskujących ciepło w niskich temperaturach powierza zewnętrznego i wywiewie powietrza wilgotnego może wystąpić zjawisko zamarzania.

Zabezpieczeniem przed zamarzaniem jest by-pass.

Zadziałanie by-passu powoduje obniżenie sprawności wymiennika nawet o 20%.

Wymaga to zwiększenia maksymalnej mocy nagrzewnicy w centrali.

Konstrukcja wykresu t-t

dla strumienia zredukowanego w okresie

zimnym

Założona sprawność

odzysku 75%

Hipotetyczna temperatura nawiewu dla okresu ciepłego i zmniejszonego strumienia powietrza:

C t

20 10 , 88 9 , 11

005 , 1 2 , 1 89 , 10

92 ,

20 142   



 



kW Q

 142 , 92

s

m

V

 10 , 89

/

praca nagrzewnicy

zmniejszenie

sprawności odzysku

Początek zwiększania strumienia wentylacyjnego

Zwiększamy strumień powietrza wentylacyjnego od momentu osiągnięcia Δt równego 7 K.

Lato t =7 K

Od tego miejsca nawiewamy powietrze o temperaturze zewnętrznej (która rośnie) i jednocześnie zwiększamy udział powietrza wentylacyjnego – przez co możemy utrzymać stałą Δt pomiędzy powietrzem zewnętrznym i powietrzem w pomieszczeniu.

tp= +20 ÷ +26 C

Po osiągnięciu maksymalnej zakładanej temperatury w pomieszczeniu staramy się ją utrzymać.

Musimy utrzymać maksymalną różnicę temperatur Δt równą 7 K.

Zwiększamy strumień nawiewany do

maksymalnej wartości i w razie konieczności

włączamy pracę chłodnicy.

Po przekroczeniu wartości temperatury powietrza zewnętrznego wartości

temperatury pomieszczenia opłaca się znów zwiększyć odzysk ciepła.

Temperatura pomieszczenia zaczyna rosnąć.

praca chłodnicy

64 , 60950 0 39200 



BC NDS

V V

Wykres t-t

dla strumienia zredukowanego w okresie

zimnym

Wykres t-t

dla 100 % strumienia powietrza przez cały rok

Porównanie wykresów dla stałego strumienia przez

cały rok i zredukowanego dla okresu zimnego