ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΑ

Transcript

1 ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ Τµήµα Μηχανολογίας Εργαστ:Ψύξη-Κλιµατισµός- Θέρµανση & Α.Π.Ε ΨΑΧΝΑ ΕΥΒΟΙΑΣ TEI - CHALKIDOS Department of Mecanical Engineering Cooling, Air Condit., Heating and R.E. Lab PSACHNA EVIA ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΑ

2 ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΟΥ ΥΓΡΟΥ ΑΕΡΑ Λόγος υγρασίας : m m da (kg / kg da ή gr / kg da ) Μοριακό ποσοστό ή γραµµοµοριακό κλάσµα (χ ) : για συνθήκες κορεσµού ισχύει : χ n da n + n χ s n da n s + n s χ χ Σχετική υγρασία (φ) φ 100% s

3 Ειδική υγρασία (q) q m da m + m (kg / kg a ) Απόλυτη υγρασία (dv) dv m V (kg / ) m 3 a Πυκνότητα υγρού αέρα (ρ) ρ m+ V m da (kg a / ) m 3 a

4 Ειδικός όγκος υγρού αέρα (υ) V υ ( 1+ ) m da 1 ρ 3 m a ( / kg da ) Βαθµός κορεσµού (µ) m µ m s s Θερµοκρασία ξηρής υγρής σφαίρας

5 Ευθείες σταθερής θερµοκρασίας ξηρής σφαίρας, Τ DB, είναι παράλληλες µεταξύ τους και έχουν µικρή απόκλιση από την κατακόρυφη. Ευθείες σταθερής ειδικής υγρασίας,, είναι οριζόντιες και παράλληλες µεταξύ τους. Ευθείες σταθερού σηµείου δρόσου, Τ DP, είναι οριζόντιες και παράλληλες µεταξύ τους. Ευθείες σταθερής θερµοκρασίας υγρής σφαίρας, Τ WB, είναι υπό κλίση και δεν είναι ακριβώς παράλληλες µεταξύ τους

6 Ευθείες σταθερής ολικής ειδικής ενθαλπίας,, είναι παράλληλες µεταξύ τους και υπό κλίση µε την οριζόντια. Έχουν µικρή απόκλιση από τις ευθείες σταθερής θερµοκρασίας υγρής σφαίρας. Καµπύλες σταθερής σχετικής υγρασίας, φ, κυµαίνονται από φ0% (ευθεία που ταυτίζεται µε την οριζόντια 0, καθαρά ξηρός αέρας), µέχρι την τιµή φ100% (καµπύλη κορεσµού).

7 Παράδειγµα : Κατά την µέτρηση αέρα (µε ψυχρόµετρο), µετρήθηκε η θερµοκρασία υγρής σφαίρας (ΤWB) 15 C και η θερµοκρασία ξηρής σφαίρας 20 C. Να υπολογιστούν µε τη χρήση του ψυχροµετρικού χάρτη η σχετική υγρασία, η ειδική υγρασία, το σηµείο δρόσου, η ολική ειδική ενθαλπία και ο ειδικός όγκος του αέρα.

8 42 kj/kg ξ.α. 15 C φ58% 12 C (Μ) 0,0086 kg /kg ξ.α. T DP, T WB υ0,841 m³/kg ξ.α. 20 C T DB

9 Ψυχροµετρικές µεταβολές Θέρµανση υγρού αέρα µε σταθερή την υγρασία (αισθητή θέρµανση) A B m& α, A,, T D(A) m& α, B,, T DB(B) t B A φ A φ B T DP (A) (B) A B T DB (A) T DB (B) T DB

10 Ποσό θερµότητας που προσδίδεται στον αέρα: t s B A ( kj / kg ξ.α.) t m& m& s α t α ( ) (kw) B A όπου: m: παροχή µάζας αέρα (kg/s) που διέρχεται από το στοιχείο θερµάνσεως Α :ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Α) (kj/kg ξ.α.) πριν τη θέρµανση Β :ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Β) (kj/kg ξ.α.) µετά τη θέρµανση

11 Θέρµανση και ύγρανση, υγρού αέρα m& α, A, A, T DB(A) A B m& α, B, B, T DB(B)

12 t s L Κ B t s L Κ B (B) A B φ A A (A) (Κ) (B) B A φ A φ B (A) (Κ) A φ B T DB (A) T DB (B) T DB (A) T DB (B) α) Θέρµανση µε ύγρανση µε µεταβολή της σχετικής υγρασίας (φ(α) ¹φ(Β)) β) Θέρµανση µε ύγρανση µε διατήρηση σταθερής σχετικής υγρασίας (φ(α) φ(β))

13 Ποσό θερµότητας που προσδίδεται στον αέρα: t s B A (kj / kgξ.α. ) t m& m& s α t α ( ) (kw) B A όπου: m: παροχή µάζας αέρα (kg/s) που διέρχεται από το στοιχείο θερµάνσεως Α :ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Α) (kj/kg ξ.α.) πριν τη θέρµανση Β :ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Β) (kj/kg ξ.α.) µετά τη θέρµανση

14 Ποσό αισθητής θερµότητας που προσδίδεται στον αέρα: s Κ A (kj / kgξ.α. ) s m& m& α s ( ) (kw) Ποσό της λανθάνουσας θερµότητας καθορίζεται από τη σχέση: α K A L L B K ( kj / kg ξ.α.) m& m& α L α ( ) (kw) B K ( ) ή (kw) Q & m& m& + t α t α B A Όπου : m : παροχή µάζας αέρα (kg/s) που διέρχεται από το στοιχείο θερµάνσεως t s L Α: Β : Κ: ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Α) (kj/kg ξ.α.) πριν τη θέρµανση, ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Β) (kj/kg ξ.α.) µετά τη θέρµανση ειδική ενθαλπία υγρού αέρα στη θέση (Κ) (kj/kg ξ.α.).

15 Παράδειγµα : Αέρας κλιµατιζόµενου χώρου θερµαίνεται από τη θερµοκρασία των 10 C στη θερµοκρασία των 20 C µε ταυτόχρονη ύγρανση, έτσι ώστε η σχετική υγρασία του να παραµένει σταθερή και ίση µε 50%. Να υπολογισθούν το ποσό της υγρασίας, της αισθητής θερµότητας, της λανθάνουσας θερµότητας και της ολικής θερµότητας που πρέπει να προστεθεί σε κάθε kg ξ.α.

16 t s 20 50% L 30 (A) (kj//kg ξ.α.) 39 (Κ) (B) B A (kg/kg ξ.α.) 0,0074 0,0038 Σηµείο Α A20 kj/kg ξ.α. A0,0038 kg/kg ξ.α. Σηµείο B B39 kj/kg ξ.α. B0,0074 kg/kg ξ.α. Σηµείο K K30 kj/kg ξ.α. Για τη διαµόρφωση της υγρασίας από A σε Β πρέπει να προστεθούν: B- A(0,0074-0,0038) kg/kg ξ.α. 0,0036 kg/kg ξ.α. δηλαδή πρέπει να προστίθενται 0,0036 kg υγρασίας για κάθε kg ξ.α. 10 C 20 C Το ποσό της αισθητής θερµότητας που πρέπει να προστεθεί σε κάθε kg ξ.α. θα είναι: S K - A (30-20) kj/kg ξ.α. 10 kj/kg ξ.α. Το ποσό της θερµότητας που πρέπει να προστεθεί σε κάθε kg ξ.α. για την ατµοποίηση των υδρατµών, δηλαδή το λανθάνων ποσό θερµότητας, θα είναι: L B - K (39-30) kj/kg ξ.α. 9 kj/kg ξ.α. Άρα το ολικό ποσό θερµότητας που πρέπει να προστεθεί σε κάθε kg ξ.α. υπολογίζεται: t S + L (10+9) kj/kg ξ.α. 19 kj/kg ξ.α. ή t Β - Α (39-20) kj/kg ξ.α. 19 kj/kg ξ.α. δηλαδή σε κάθε kg ξ.α. πρέπει να προστίθενται 19 kj.

17 Ψύξη υγρού αέρα, χωρίς αφύγρανση (µε σταθερή ειδική υγρασία ) t B A φ A φ B T DP (A) (B) A B T DB (A) T DB (B) T DB

18 Ποσό θερµότητας που αφαιρείται από τον αέρα: t s B A (kj / kgξ.α. ) t m& m& s α t α ( ) (kw) B A όπου: m: παροχή µάζας αέρα (kg/s) που διέρχεται από το στοιχείο ψύξεως Α :ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Α) (kj/kg ξ.α.) πριν τη ψύξη Β :ειδική ενθαλπία υγρού αέρα (Β) (kj/kg ξ.α.) µετά τη ψύξη

19 Ψύξη µε αφύγρανση, υγρού αέρα Α DP B (C) (A) Α (B) Β φ Α T DB (B) T DP (A) T DB (A)

20 m& α, A, A, T DB(A) A B m& α, B, B, T DB(B) m &,,T T DB(B)

21 Παράδειγµα : Κλιµατιζόµενος αέρας αρχικής κατάστασης T DB 35 C και φ60% ψύχεται έως τη θερµοκρασία των 20 C, έτσι ώστε να είναι κορεσµένος σε υδρατµούς.. Να υπολογισθούν το ποσό της υγρασίας, της αισθητής θερµότητας, της λανθάνουσας θερµότητας και της ολικής θερµότητας που αφαιρέθηκαν από τον υγρό αέρα.

22 Α Κ B (A) Α (B) φ Α 60% (Κ) Β T DB (B) Σηµείο Α A 92 kj/kg ξ.α. A 0,022 kg /kg ξ.α. Σηµείο B B 57,5 kj/kg ξ.α. B 0,0148 kg /kg ξ.α. Σηµείο K K 74 kj/kg ξ.α. T DB (Α) Για τη διαµόρφωση της υγρασίας από A σε Β πρέπει να αφαιρεθούν: Α - Β (0,022-0,0148) kg /kg ξ.α. 0,0072 kg /kg ξ.α. δηλαδή πρέπει να αφαιρούνται 0,0072 kg υγρασίας για κάθε kg ξ.α. Το ποσό της αισθητής θερµότητας που πρέπει να αφαιρεθεί από κάθε kg ξ.α. θα είναι: S K - Β (74-57,5) kj/kg ξ.α. 16,5 kj/kg ξ.α. Το ποσό της θερµότητας που πρέπει να αφαιρεθεί από κάθε kg ξ.α. για τη συµπύκνωση των υδρατµών, δηλαδή το λανθάνων ποσό θερµότητας, θα είναι: L Α - K (92-74) kj/kg ξ.α. 18 kj/kg ξ.α. Άρα το ολικό ποσό θερµότητας που πρέπει να αφαιρεθεί από κάθε kg ξ.α. υπολογίζεται: t Α Β (92-57,5) kj/kg ξ.α. 34,5 kj/kg ξ.α. ή t S + L (16,5 + 18) kj/kg ξ.α. 34,5 kj/kg ξ.α.

23 Αδιαβατική ψύξη υγρού αέρα (ψύξη µε σταθερή την ενθαλπία t ) S L t (B) Β (A) Α φb φ Α T DB (B) T DB (Α) Η ψύξη του αέρα γίνεται µόνο µε προσθήκη υγρασίας στον αέρα, άρα µε δαπάνη λανθάνουσας θερµότητας ατµοποιήσεως. Σχέση t S + L

24 Παράδειγµα : Αέρας θερµοκρασίας T DB 35 C και σχετικής υγρασία φ20%, ψύχεται µε σταθερή την ολική ενθαλπία t, ψεκάζοντας νερό έως η υγρασία να γίνει 60%. Να υπολογισθούν η απαιτούµενη ποσότητα νερού που πρέπει να ψεκαστεί ανά kg ξ.α. για να αυξηθεί η σχετική υγρασία του χώρου και η τελική θερµοκρασία (T DB ) που θα φτάσει ο αέρας µε τον ψεκασµό.

25 S t (B) Β (A) Α φ B 60% φ Α 20% T DB (B) T DB (Α) 35 C Σηµείο Α A 54,5 kj/kg ξ.α. A 0,0074 kg /kg ξ.α. Σηµείο B B 54,5 kj/kg ξ.α. B 0,0116 kg /kg ξ.α. Η ποσότητα του νερού που προστέθηκε, µε τον ψεκασµό, στο χώρο είναι B A, δηλαδή: (0,0116 0,0074) kg /kg ξ.α. 0,0042 kg /kg ξ.α. και η θερµοκρασία που ψύχθηκε ο αέρας βρίσκεται από τον ψυχροµετρικό χάρτη ίση µε: T DB (B) 24,5 C.

26 Σηµείο δρόσου (υγροποιήσεως) της ψυκτικής συσκευής (A DP ) Σηµείο δρόσου ή σηµείο υγροποιήσεως A DP της συσκευής ονοµάζεται η θερµοκρασία του στοιχείου της συσκευής, στην οποία πραγµατοποιείται υγροποίηση των υδρατµών που υπάρχουν στον υγρό αέρα.

27 Συντελεστής αισθητού φορτίου "SHF" SHF s s + L SHF s + s L όπου: Q & s : Αισθητό φορτίο σε kw ή BTU/ Q & L : Λανθάνων φορτίο σε kw ή BTU/ s L : Αισθητή θερµότητα σε kj/kg ξ.α. ή BTU/Lb ξ.α. : Λανθάνουσα θερµότητα σε kj/kg ξ.α. ή BTU/Lb ξ.α.

28 Κυκλικός τοµέας ASHRAE 1,0 0,4 0,2 0 SHF (A) (B) T DB Με γνωστές την αρχική κατάσταση (Α) και την τελική κατάσταση (Β) του αέρα, χαράσσεται η ευθεία (Α Β). Χαράσσεται ευθεία παράλληλη µε την ευθεία (Α Β) και αρχή το κέντρο του κυκλικού τοµέα Από την περιφέρεια του κυκλικού τοµέα γίνεται η ανάγνωση του συντελεστή αισθητής θερµότητας, SHF

29 SHF 0,3 0,4 0,5 50% 0,6 0,8 (Ο) 1,0 (A) (B) 80 F «Ευθεία SHF, σε ψυχροµετρικό χάρτη της Carrier»

30 Συντελεστής αισθητού φορτίου χώρου RSHF RSHF s, χ t, χ s, χ + s, χ L, χ RSHF s,χ t,χ s,χ + s,χ L,χ όπου: Q & s : Αισθητό φορτίο σε kw ή BTU/ Q & L : Λανθάνων φορτίο σε kw ή BTU/ s L : Αισθητή θερµότητα σε kj/kg ξ.α. ή BTU/Lb ξ.α. : Λανθάνουσα θερµότητα σε kj/kg ξ.α. ή BTU/Lb ξ.α.

31 1,0 0,4 0,2 0 SHF t L S (B) (A) T DB T DB (A) T DB (B) Το σηµείο (A), αναφέρεται στην κατάσταση αέρα που προσάγεται στο χώρο το σηµείο (B) στην κατάσταση του χώρου η ευθεία που συνδέει τα δύο αυτά σηµεία (Α Β) και παρουσιάζει την ψυχροµετρική µεταβολή του αέρα µέσα στο χώρο, λέγεται ευθεία συντελεστή αισθητού φορτίου χώρου.

32 Συντελεστής αισθητού κλιµατιστικής συσκευής GSHF Q & t,g t,g χ t,g ν.α s,g χ s,g ν.α L,G χ L,G ν.α Q & + s,g s,g χ s,g ν.α GSHF s,g t,g s,g χ + s,g χ s,g ν.α + + s,g ν.α L,G χ + L,G ν.α GSHF s,g t,g s,g χ + s,g χ s,g ν.α + + s,g ν.α L,G χ + L,G ν.α όπου ο δείκτης (χ) συµβολίζει τον αέρα ανακυκλοφορίας (δηλαδή σε συνθήκες χώρου) και ο δείκτης (ν.α) συµβολίζει το νωπό αέρα (δηλαδή περιβάλλοντος).

33 1,0 0,4 0,2 0 SHF t, G S, G L, G GSHF (A) (Μ) (Γ) (B) RSHF T DB T DB (A) T DB (B)

34 Παράδειγµα : Σε κλιµατιστική εγκατάσταση θέρους µετρήθηκαν τα ακόλουθα στοιχεία: Σύνολο αισθητών φορτίων χώρου: 800. Σύνολο λανθανόντων φορτίων χώρου: 8. Επιθυµητή συνθήκες χώρου: T DB 25 C και φ 50 %. Σύνολο αισθητού φορτίου εγκατάστασης: 760. Σύνολο λανθάνοντος φορτίου εγκατάστασης: 40. Συνθήκες εξωτερικού αέρα (νωπού): T DB 35 C και φ 40 %. Θερµοκρασία αέρα τροφοδότησης: T DB 15 C. Να υπολογιστούν και να δειχτούν στον ψυχροµετρικό χάρτη ο συντελεστής αισθητού φορτίου του χώρου (RSHF) και ο συντελεστής αισθητού φορτίου της εγκατάστασης (GSHF).

35 1,0 (Κ) 0,98 (Λ) 0,4 0,2 0 SHF t, χ L, χ S, χ RSHF (B) (Γ) TDB TDB (Γ) TDB (B) RSHF s, χ + s, χ L, χ ,98 Με γνωστές τις επιθυµητές συνθήκες του κλιµατιζόµενου χώρου, T DB (B) 25 C και φ 50%, σηµειώνεται το σηµείο (Β) στον ψυχροµετρικό χάρτη. Για τις συνθήκες εισόδου του αέρα στο χώρο είναι γνωστή µόνο η θερµοκρασία του (αέρας τροφοδότησης), T DB (Γ) 15 C.

36 1,0 (Κ) (Λ) 0,98 (Ξ) 0,95 0,4 0,2 0 SHF L, G t, G S, G (Α) (Μ) (B) (Γ) GSHF Q & s,g t,g T DB ,95 T DB (Γ) T DB (B) Με γνωστές τις συνθήκες εξωτερικού αέρα (νωπού), T DB (Α) 35 C και φ 40 %, εντοπίζεται το σηµείο (Α) επί του ψυχροµετρικού χάρτη και ενώνονται τα σηµεία (Α Β). Από το σηµείο (Γ) φέρεται παράλληλη προς την (Κ Ξ), έως ότου αυτή να τµήσει την ευθεία (Α Β) στο σηµείο (Μ).

37 Συντελεστής αέρα παράκαµψης (BF) BF (Bypass factor) : ο λόγος της παροχής µάζας του αέρα παράκαµψης προς την ολική παροχή µάζας. Tα φυσικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν το συντελεστή παράκαµψης (BF) είναι: Επιφάνεια στοιχείων Ταχύτητα αέρα «ιάγραµµα BF cfm»

38 BF Είδος εφαρµογής Χώρος 0,30 0,50 Μεγάλο ολικό φορτίο µε µεγάλο λανθάνον φορτίο (µικρό SHF) Αίθουσες συγκέντρωσης, κατοικίες 0,20 0,30 Σχετικά µικρό ολικό φορτίο και αισθητό ή χαµηλό SHF Κατοικίες, αίθουσες καταστηµάτων και εργοστασίων 0,10 0,20 Συνηθισµένες περιπτώσεις χώρων Καταστήµατα, εστιατόρια, εργοστάσια 0,05 0,10 Μεγάλο λανθάνον φορτίο ή περίπτωση που είναι απαραίτητη µεγάλη ποσότητα νωπού αέρα για αερισµό Τράπεζες, εργαστήρια 0,00 0,10 Περιπτώσεις µε πλήρη ανανέωση αέρα Νοσοκοµεία, χειρουργεία, υπνοδωµάτια, Εστιατόρια (µαγειριά) «Ενδεικτικές τιµές του συντελεστή παράκαµψης (BF)»