ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ - ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΤ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ

ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ Τµήµα Μηχανολογίας Εργαστ: Ψύξη-Κλιµατισµός-Θέρµανση & E.M.Ε. 34400 ΨΑΧΝΑ ΕΥΒΟΙΑΣ TEI - CHALKIDOS Department of Mechanical Engineering Cooling, Air Condit., Heating and R.E. Lab. 34400 PSACHNA EVIA ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ - ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΤ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ

1-1 ΑΣΚΗΣΗ 1 η " ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΩΝ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΕΝΟΣ ΧΩΡΟΥ "

ΣΚΟΠΟΣ 1-2 Οι φοιτητές θα ασκηθούν στην ορθή χρήση του ψυχροµέτρου και θα εξοικειωθούν µε τις διαδικασίες µέτρησης και υπολογισµού όλων των ψυχροµετρικών στοιχείων του αέρα. Εξοικείωση µε τη χρήση των ψυχροµέτρων και ψυχροµετρικών χαρτών. ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Οι κυριότεροι από τους παράγοντες που ελέγχονται κατά τον κλιµατισµό (air conditioning) χώρου, ώστε να εξασφαλίζεται άνεση και υγιεινό περιβάλλον, είναι : α) Η θερµοκρασία Η θερµοκρασία στον κλιµατιζόµενο χώρο πρέπει να είναι κατάλληλη κατά τις διάφορες εποχές του έτους ώστε να εξασφαλίζεται η άνετη διαµονή των ανθρώπων στο χώρο. Το χειµώνα συνήθως θερµοκρασία 20 ως 22 0 C ικανοποιεί το µεγαλύτερο ποσοστό των ανθρώπων, ενώ το καλοκαίρι η θερµοκρασία στον κλιµατιζόµενο χώρο θα πρέπει να διατηρείται στους 25 µε 27 0 C. Βέβαια υπάρχουν περιπτώσεις κλιµατιζόµενων χώρων όπου απαιτείται σχετικά σταθερή θερµοκρασία για χειµώνα και καλοκαίρι. Τέτοιοι χώροι είναι οι αίθουσες ηλεκτρονικών υπολογιστών, εργαστήρια µικροµετρήσεων, ορισµένα τµήµατα παραγωγής σε βιοµηχανίες κ.λ.π. Η διατήρηση της θερµοκρασίας στα επιθυµητά επίπεδα µέσα σ ένα κλιµατιζόµενο χώρο, γίνεται α- νάλογα µε τη µέθοδο κλιµατισµού, µε ειδικούς θερµοστάτες χώρου. β) Η σχετική υγρασία (φ) ή (RH, παλαιός συµβολισµός). Η σχετική υγρασία είναι ο λόγος της ειδικής υγρασίας (W) προς την υγρασία κορεσµού (Ws) και µετριέται επί τοις εκατό (%). µ = W Ws ηλαδή, σχετική υγρασία είναι ο λόγος της µάζας των υδρατµών που περιέχονται στον αέρα, προς τη µάζα των υδρατµών που θα περιείχε ο αέρας αν ήταν κορεσµένος, κάτω από ίδια θερµοκρασία και πίεση. Η τιµή της σχετικής υγρασίας στους κλιµατιζόµενους χώρους πρέπει να διατηρείται µεταξύ 45%-55%. Υπάρχουν όµως και περιπτώσεις (συνήθως σε βιοµηχανικές εγκαταστάσεις) που η σχετική υγρασία θα πρέπει να διατηρείται πιο πάνω από το 55% ή χαµηλότερα από 45%. Η διατήρηση της σχετικής υγρασίας του κλιµατιζόµενου χώρου σε ε- πιθυµητά επίπεδα, επιτυγχάνεται µε τη βοήθεια ειδικών µηχανισµών ελέγχου που λέγονται υγροστάτες χώρου. Οι υγροστάτες χώρου µε τη σειρά τους ελέγχουν τη λειτουργία άλλων συσκευών, όπως υγραντήρες, αφυγραντήρες, ντάµπερς, ηλεκτρικές βάνες κ.λ.π. µε τις ο- ποίες εξασφαλίζεται η επιθυµητή τιµή της σχετικής υγρασίας. γ) Η καθαρότητα του αέρα. Ο αέρας που προσάγεται στον κλιµατιζόµενο χώρο πρέπει να είναι απαλλαγµένος από ξένα σώµατα (σε ειδικές περιπτώσεις και µι-

1-3 κρόβια). Ο καθαρισµός του αέρα εξασφαλίζεται µε ειδικά για κάθε περίπτωση φίλτρα αέρα. δ) Η κίνηση του αέρα µέσα στον κλιµατιζόµενο χώρο. Ο κλιµατιζόµενος αέρας πρέπει να ανανεώνεται, να κατανέµεται στο χώρο οµοιόµορφα και µε τέτοια ταχύτητα ώστε να εξασφαλίζεται η άνεση που επιδιώκουµε. Η ταχύτητα µε την οποία κινείται ο αέρας στο χώρο δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 1,5-2 m/s και η οποία θα πρέπει να επιτυγχάνεται σε ύψος πάνω από τα 2m από το πάτωµα. ε) Η στάθµη θορύβου. Ο θόρυβος που προκαλεί η κλιµατιστική εγκατάσταση πρέπει να περιορίζεται µέσα σε ορισµένα όρια. Η επιτρεπόµενη στάθµη θορύβου για κάθε είδος εγκατάστασης είναι διαφορετική. Για παράδειγµα, η µέγιστη επιτρεπόµενη στάθµη θορύβου στα στούντιο ραδιοφωνίας ή τηλεόρασης είναι 25-30 db (decibel), ενώ σε δηµόσια κτίρια µπορεί να επιτραπεί στάθµη θορύβου µέχρι και 60 db. Πρέπει να υπενθυµίσουµε την έννοια και τις µονάδες µέτρησης µερικών από τα κύρια ψυχροµετρικά στοιχεία του αέρα που θα συναντήσουµε στις εφαρµογές κλιµατισµού. 1) Θερµοκρασία ξηρού βολβού ή ξηρού θερµοµέτρου (TDB). Είναι η θερµοκρασία που µετράται µε ένα κοινό θερµόµετρο τοποθετηµένο σε αντιπροσωπευτικό σηµείο του κλιµατιζόµενου χώρου. 2) Θερµοκρασία υγρού βολβού ή υγρού θερµοµέτρου (TWB). Είναι η ελάχιστη θερµοκρασία που δύναται να δείξει κοινό θερµόµετρο, του οποίου ο βολβός είναι σε περιβάλλον τεχνητά κορεσµένο από υγρασία (τυλιγµένος σε βρεγµένο ύφασµα), όταν τοποθετηθεί σε ρεύµα αέρα του κλιµατιζόµενου χώρου ή π.χ. όταν περιστραφεί µέσα στον κλιµατιζόµενο χώρο. Τα δύο είδη θερµοµέτρων τοποθετούνται συνήθως σε κοινή πλαστική κατασκευή (βάση) και αποτελούν µαζί ένα όργανο που ονοµάζεται ψυχρόµετρο (Σχήµα 1). 3) Θερµοκρασία κορεσµού ή σηµείο δρόσου (TDB). Είναι η θερµοκρασία στην οποία αρχίζει η συµπύκνωση των υ- δρατµών που περιέχονται στον αέρα, όταν ψύχεται προοδευτικά. 4) Ειδική υγρασία (W) ή λόγος υγρότητας. Είναι η µάζα του υδρατµού που περιέχεται στη µονάδα µάζας του ξηρού αέρα. Η ειδική υγρασία µετράται µε τις παρακάτω µονάδες, ανάλογα µε το εφαρµοζόµενο σύστηµα : - Κιλά υδρατµών ανά κιλό αέρα (kg w/kg d.a.) 1. - Λίµπρες υδρατµών ανά λίµπρα ξηρού αέρα (lb w / lb d.a.).

1-4 - Grains 2 υδρατµών ανά κιλό ξηρού αέρα (g w /kg d.a.). - Grains υδρατµών ανά λίµπρα ξηρού αέρα (g w /lb d.a.). Σχήµα 1 " ύο συνηθισµένοι τύποι ψυχροµέτρων " 5) Υγρασία κορεσµού (Ws). Είναι η υγρασία (µάζα νερού) που απαιτείται από τη µονάδα µάζας αέρα συγκεκριµένης θερµοκρασίας ώστε αυτή να βρεθεί σε κατάσταση κορεσµού. Η υγρασία κορεσµού µετράται µε τις ίδιες µονάδες µέτρησης της ειδικής υγρασίας και αποτελεί τη µέγιστη ποσότητα νερού που δύναται να περιέχεται στον αέρα συγκεκριµένης θερµοκρασίας ξηρής σφαίρας. 6) Συντελεστής αισθητής θερµότητας (SHF). Είναι ο λόγος της αισθητής θερµότητας του αέρα ή του αέρα κλιµατιζόµενου χώρου προς τη συνολική θερµότητα του. υπολογίζεατι από τη σχέση : h h + h S SHF = = όπου: h S : αισθητή θερµότητα (ενθαλπία) (J/kg d.a.). h L : λανθάνουσα θερµότητα (ενθαλπία) (J/kg d.a.). h T = h S + h L : ολική θερµότητα (ενθαλπία) (J/kg d.a.). S Υπενθυµίζεται ότι, µεταβολή αισθητής θερµότητας σε ένα χώρο προκαλεί µεταβολή της θερµοκρασίας του χώρου και αντίστροφα. Α- ντίθετα η µεταβολή της λανθάνουσας θερµότητας σε ένα χώρο προκαλεί αλλαγή στη φάση του περιεχοµένου στο χώρο υδρατµού, εξάτµιση ή συµπύκνωση νερού. Αν παρουσιάζεται αλλαγή στη φάση του περιεχο- µένου στο χώρο υδρατµού, δηλαδή µεταβολή της υγρασίας ενός χώρου, L h h S T

1-5 παρουσιάζεται και µεταβολή στην κατάσταση της λανθάνουσας θερµότητας του υδρατµού του χώρου. Τα παραπάνω αναφερόµενα ψυχροµετρικά στοιχεία είναι εύκολο να βρεθούν αν είναι γνωστές η θερµοκρασία ξηρού και υγρού θερµοµέτρου (T DB και T WB ) µέσω ενός ψυχροµετρικού χάρτη. ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ψυχρόµετρο. Ψυχροµετρικός χάρτης. Αποσταγµένο νερό. Χαρτί, µολύβι, χάρακας. ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Βεβαιωθείτε ότι το ύφασµα που τυλίγει το βολβό του υγρού θερµο- µέτρου, είναι καλά βρεγµένο. Το βρέξιµο του υγρού βολβού πρέπει να γίνεται πάντα µε αποσταγµένο νερό και ποτέ µε νερό της βρύσης, διότι σ' αυτό περιέχονται άλατα τα οποία µεταβάλλουν τις συνθήκες εξάτµισης ή συµπύκνωσης του νερού. 2. Περιστρέψτε το ψυχρόµετρο ώστε να αποκτήσει περιφερειακή ταχύτητα περίπου 5 m/s, µέχρι να πάρετε τη µικρότερη δυνατή ένδειξη στο θερµόµετρο υγρού βολβού. 3. Σταµατήστε την περιστροφή του ψυχρόµετρου και σηµειώστε αµέσως την ένδειξη του υγρού θερµοµέτρου (T WB ). Κατόπιν σηµειώστε και την ένδειξη του ξηρού θερµοµέτρου (T DB ). 4. Μεταφέρετε τις ενδείξεις του ψυχροµέτρου (T WB και T DB ) στις α- ντίστοιχες κλίµακες του ψυχροµετρικού χάρτη και βρείτε το ση- µείο που ορίζεται από τις θερµοκρασίες T WB και T DB (όπως δηλαδή ορίζεται το σηµείο Μ του σχήµατος Σχήµα 2). για T DB =17 0 C και T WB =21 0 C φ=60%, Wα=0,013 kgw/kg d.a., H=19 kcal/kg d.a. T DP =18 0 C V S =0,87 m 3 /kg d.a. h T w b T D P W a T db

1-6 Σχήµα 2 "Ενδεικτική εύρεση των ψυχροµετρικών στοιχείων του αέρα µε τη βοήθεια του ψυχροµετρικού χάρτη " 5. Με τη βοήθεια του ψυχροµετρικού χάρτη βρείτε όλα τα γνωστά σας ψυχροµετρικά στοιχεία του αέρα του χώρου που µετράτε και συµπληρώστε τον πίνακα. 6. Μελετήστε προσεκτικά τον παρακάτω σκελετό ψυχροµετρικού χάρτη όπου : 6 7 10 3 5 13 11 8 9 2 12 6 1 4 1. Θερµοκρασία ξηρού βολβού. 2. Θερµοκρασία υγρού βολβού ή σηµείο δρόσου ή θερµοκρασία κορεσµού. 3. Ισοθερµοκρασιακή υγρού βολβού. 4. Ισοθερµοκρασιακή ξηρού βολβού. 5. Ενθαλπία. 6. Σχετική υγρασία. Πίνακας 1 Θέσεις µέτρησης Μέσος 1.εργαστήριο 1 Tdb Twb 2 3 4 5 6 Όρος (1) 7. Ισόογκος. 8. Σηµείο δρόσου. 9. Απόλυτη υγρασία. 10.Απόκλιση ενθαλπίας. 11.Κύκλος ευθυγράµµισης. 12.Κόκκοι υγρασίας ή λίβρες (pounds) νερού. 13.Συντελεστής αισθητής θερµότητας. h φ% Wα Τdp Vs V

1-1 Πίνακας 2 Θέσεις µέτρησης 2.περιβάλλον Μέσος h φ% Wα Τdp Vs 1 2 3 4 5 6 Όρος (1) T db T wb

ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΜΟΝΑ ΕΣ T DB : T WB : Θερµοκρασία ξηρού βολβού (K, 0 C, 0 F). Θερµοκρασία υγρού βολβού (K, 0 C, 0 F). W : Περιεκτικότητα σε υγρασία (Kg(H 2 O)/Kg(da), (LB(H 2 O)/L da). Q S : Αισθητή θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kgda, Kcal/Kgda, BTU/LBda). Q L : BTU/da). Λανθάνουσα θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kg da,kcal/kgda, Q T : Συνολική θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kgda, Kcal/Kgda, BTU/LBda). Φ : Σχετική υγρασία. T dp : Θερµοκρασία σηµείου δρόσου (K, 0 C, 0 F). U : Ειδικός όγκος αέρα (m 3 / Kg(DA), (FT 3 / LB(DA)).

4-1

4-2 ΑΣΚΗΣΗ 2 η " ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΣΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΑΕΡΑΓΩΓΟ "

4-3 ΣΚΟΠΟΣ Οι φοιτητές να είναι σε θέση να χρησιµοποιούν τα διαφόρων τύπων όργανα που µετρούν την ταχύτητα του αέρα και να υπολογίζουν την ποσότητα του αέρα που περνά από έναν αεραγωγό ή προσάγεται σ έναν κλιµατιζόµενο χώρο. ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Όταν τελειώσει η κατασκευή µιας κλιµατιστικής εγκατάστασης, τίθεται σε µια πρώτη δοκιµαστική λειτουργία, για να διαπιστωθεί αν ικανοποιούνται όλοι οι παράγοντες που θα δώσουν την άνεση στον κλιµατιζόµενο χώρο. Κατά τη δοκιµαστική λειτουργία της ε- γκατάστασης πρέπει πάντα να γίνεται και µέτρηση της ταχύτητας του αέρα στους αεραγωγούς, καθώς και στα στόµια προσαγωγής του κλιµατιζόµενου αέρα. Μεγάλες ταχύτητες αέρα µπορεί να δηµιουργήσουν ανεπίτρεπτη για το χώρο στάθµη θορύβου και να γίνουν αιτία δηµιουργίας ρευµάτων που δεν εξασφαλίζουν συνθήκες άνεσης στον κλιµατιζόµενο χώρο. Αν η ταχύτητα του αέρα είναι πολύ µικρή, µπορεί να παραµείνουν µη κλιµατιζόµενες περιοχές στο χώρο, γνωστές σαν νεκρές ζώνες. Ακόµα, µπορεί και να µην προσάγεται η σωστή ποσότητα κλιµατιζόµενου αέρα στο χώρο, µια και το ποσό του διερχόµενου αέρα εξαρτάται από την ταχύτητά του σε αεραγωγό συγκεκριµένων διαστάσεων. Στον πίνακα 1 δίνεται η µέγιστη επιτρεπόµενη ταχύτητα αέρα σε κύριους αεραγωγούς που περνούν από διάφορους χώρους, όσο και σε δευτερεύοντες διακλαδιζόµενους αεραγωγούς του δικτύου. Όταν διαπιστωθεί ότι η ταχύτητα του αέρα στους αεραγωγούς και στα στόµια προσαγωγής είναι η προβλεπόµενη από τη µελέτη του µηχανικού, θα πρέπει να γίνει και µέτρηση της στάθµης θορυβο6. Η µέτρηση της στάθµης θορύβου γίνεται µε ειδικά όργανα σε µονάδες db (ντεσιµπέλ). Ο πίνακας 2 µας δίνει τη µέγιστη επιτρεπόµενη στάθµη θορύβου σε αντιπροσωπευτικές κατηγορίες κλιµατιζόµενων χώρων σε µονάδες db. Τα όργανα µε τα οποία µετράµε την ταχύτητα του αέρα ονοµάζονται ταχύµετρα αέρα ή ανεµόµετρα. Στο εµπόριο υπάρχει µια πολύ µεγάλη ποικιλία ταχυµέτρων αέρα. Τα όργανα αυτά µπορεί να είναι πολύ απλά, αλλά και πολυσύνθετα ηλεκτρονικά µεγάλης ακριβείας.

4-4 ΠΙΝΑΚΑΣ 1. " Μέγιστη επιτρεπόµενη ταχύτητα αέρα στους αεραγωγούς" Είδος χώρου Κύριος αεραγωγός ευτερεύοντες αεραγωγοί (από διακλάδωση) m/s FPM 3 m/s FPM Κατοικίες 5 1000 3,5 700 Βιβλιοθήκες 5 1000 4 800 Γραφεία (γενικά) 9 1800 6 1200 Γραφεία ιδιωτικά 7,5 1500 5 1000 Τράπεζες 9 1800 6 1200 Ξενοδοχεία 7,5 1500 4,5 900 Εστιατόρια 9 1800 6 1200 Σχολεία-Θέατρα 6 1200 4,5 900 Νοσοκοµεία- Κλινικές 5 1000 4 800 Μεγάλα καταστή- 10 2000 7,5 1500 µατα Μικρά καταστήµατα 8 1600 6 1200 ΠΙΝΑΚΑΣ 2. " Μέγιστη επιτρεπόµενη στάθµη θορύβου σε κλιµατιζόµενους χώρους " Είδος χώρου Στάθµη θορύβου (db) Στούντιο (Ράδιο - TV) 25-30 Θέατρα-Αίθουσες διαλέξεων 30-35 Εκκλησίες-Κατοικίες 30-45 Σχολεία-Κιν/φοι 35-40 Μουσεία-Βιβλιοθήκες 40-45 Νοσοκοµεία-Γραφεία 40-45 Αποθήκες-Καταστήµατα 50-55 Εστιατόρια ξενοδοχείων 50-55 ηµόσια κτίρια- 50-60 Τράπεζες Εστιατόρια-Μπαρ 55-60 Εργοστάσια 55-65 Στο σχήµα 1 (α,β) φαίνονται δύο διαφορετικοί τύποι ταχυµέτρων αέρα. 3 1 FPM = 0.00508 m/sec

4-5 (α) σχήµα 1 (β) Στο σχήµα 2(α,β) φαίνεται ένα ηλεκτρονικό θερµοανεµόµετρο καθώς και ο τρόπος µε τον οποίο χρησιµοποιείται. Το όργανο αυτό αποτελεί συνδυασµό ανεµοµέτρου-θερµοµέτρου. (α) σχήµα 2 (β) Για την εύρεση της ταχύτητας του αέρα σε αεραγωγούς ή σε στόµια αέρα, δεν πρέπει να µετράµε σ ένα σηµείο της διατοµής, αλλά σε πολλά αντιπροσωπευτικά σηµεία και κατόπιν να υπολογίζουµε τη µέση τιµή της ταχύτητας. Μάλιστα σε ειδικευµένα βιβλία αναφέρεται ότι η διατοµή του αεραγωγού ή το στόµιο πρέπει να χωρίζεται νοητά σε µικρά τετράγωνα που η πλευρά τους δεν πρέπει να ξεπερνά τα 15 cm (σχήµα 3).

4-6 Σχήµα 3 Αφού καταγράψουµε όλες τις ταχύτητες που µετρήσαµε στα διάφορα σηµεία της διατοµής του αεραγωγού (σε κάθε νοητό τετράγωνο), υπολογίζουµε τη µέση τιµή της ταχύτητας του αέρα. Αυτή η ταχύτητα θα χρησιµοποιηθεί κατόπιν για τον υπολογισµό της ποσότητας του αέρα που περνά από τον αεραγωγό. Η εξίσωση που µας δίνει την ποσότητα του αέρα που περνά από την κάθετη διατοµή αεραγωγού, είναι : V = F U V : ο όγκος του αέρα που περνά από τον αεραγωγό στη µονάδα του χρόνου ή η παροχή του αέρα (m 3 /h). F : η ελεύθερη επιφάνεια (διατοµή) του αεραγωγού σε m 2. U : η µέση ταχύτητα του αέρα στον αεραγωγό σε m/h. ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 1. Συγκρότηµα ανεµιστήρα και δικτύου αεραγωγού ( πειραµατικός αγωγός ). 2. Ταχύµετρο αέρα. 3. Μετροταινία. 4. Ψυχρόµετρο. 5. Ψυχροµετρικός χάρτης. ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. ιαβάστε προσεχτικά τις οδηγίες χρήσεως του οργάνου που θα χρησιµοποιήσετε, πριν επιχειρήσετε οποιαδήποτε µέτρηση. Η διαδικασία µέτρησης είναι διαφορετική για κάθε τύπο οργάνου. 2.Βάλτε σε λειτουργία τον πειραµατικό αεραγωγό και πάρτε µετρήσεις µε το ψυχρόµετρο και ανεµόµετρο στις θέσεις 0, 2, 6, 8 και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 1.

4-7 ΠΙΝΑΚΑΣ 1 α/α C 0 C 2 C 6 C 8 1 2 3 Μ.Ο T DB0 T WB0 T DB2 T WB2 T DB6 T WB6 T DB8 T WB8 3. Μετρήστε την ταχύτητα του αέρα, σε όσα περισσότερα σηµεία της διατοµής του αεραγωγού µπορείτε ( όσα και τα νοητά τετράγωνα ). 4. Υπολογίστε τη µέση ταχύτητα του αέρα σε m/h. 5. Μετρήστε τη διατοµή του αεραγωγού στις θέσεις 0, 2, 6, 8 και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 2. ΠΙΝΑΚΑΣ 2 ιατοµές 0 2 6 8 Μήκος Πλάτος 6. Με βάση τις παραπάνω µετρήσεις υπολογίστε την παροχή µάζας του αέρα στις θέσεις 0, 2, 6, 8. 7. Αιτιολογήστε τις προκύπτουσες διαφορές. Παρατήρηση Για τον υπολογισµό της ποσότητας του αέρα σε στόµια αέρα µε πτερύγια κατευθύνσεως, υπολογίζουµε τη διατοµή λαµβάνοντας υπ όψη µόνο την ελεύθερη επιφάνεια του στοµίου και όχι την ολική. Η ελεύθερη επιφάνεια των στοµίων δίνεται από τον κατασκευαστή τους. Στις περιπτώσεις όµως που δεν µπορούµε να έχουµε αυτή την πληροφορία, παίρνουµε σαν ελεύθερη επιφάνεια κατ εκτίµηση γύρω στο 70%-80% της συνολικής επιφάνειας, ανάλογα µε το είδος και την κατασκευή του στοµίου.

4-8 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΜΟΝΑ ΕΣ T DB : Θερµοκρασία ξηρού βολβού (K, 0 C, 0 F). T WB : Θερµοκρασία υγρού βολβού (K, 0 C, 0 F). W : da). Περιεκτικότητα σε υγρασία (Kg(H 2 O)/Kg(da), (LB(H 2 O)/L Q S : Αισθητή θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kgda, Kcal/Kgda, BTU/LBda). Q L : BTU/da). Λανθάνουσα θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kg da,kcal/kgda, Q T : Συνολική θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kgda, Kcal/Kgda, BTU/LBda). Φ : Σχετική υγρασία. T dp : Θερµοκρασία σηµείου δρόσου (K, 0 C, 0 F). U : Ειδικός όγκος αέρα (m 3 / Kg(DA), (FT 3 / LB(DA)).

4-9 ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΑΙΣΘΗΤΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ

4-10 ΣΚΟΠΟΣ Οι σπουδαστές να είναι σε θέση να γνωρίζουν τη διαδικασία θέρ- µανσης του αέρα χωρίς ύγρανση, τα προβλήµατα που παρουσιάζονται σ αυτή τη διαδικασία καθώς και να είναι ικανοί να υπολογίζουν την «ικανότητα» του απαιτούµενου θερµαντικού στοιχείου της κλι- µατιστικής εγκατάστασης. ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Θέρµανση του αέρα υπό σταθερή ειδική υγρασία (αισθητή) ονοµάζεται η διαδικασία θέρµανσης του αέρα χωρίς την πρόσθεση ή την αφαίρεση υδρατµών (π.χ. µε ενδεχόµενη εξάτµισή τους). Αυτό ση- µαίνει ότι ολόκληρο το ποσό της θερµότητας που προσδίδεται στον αέρα, διατίθεται στην αύξηση της θερµοκρασίας του και εποµένως η προστιθέµενη θερµότητα είναι αποκλειστικά αισθητή θερµότητα. Γι αυτό το λόγο το είδος αυτό της θέρµανσης ονοµάζεται αισθητή θέρµανση. Αισθητή θέρµανση (θέρµανση υπό σταθερή ειδική υγρασία) εµφανίζεται στις εγκαταστάσεις θέρµανσης µε θερµό αέρα (αερόθερµα) οι οποίες δεν είναι εφοδιασµένες µε σύστηµα ύγρανσης του αέρα (υγροστάτη - υγραντήρα). Κατά την αισθητή θέρµανση µερικά από τα ψυχροµετρικά στοιχεία του αέρα παραµένουν σταθερά και άλλα µεταβάλλονται. Τα στοιχεία που παραµένουν σταθερά είναι : α. Η ειδική υγρασία ( ή λόγος υγρότητας W ). β. Η λανθάνουσα θερµότητα ατµοποίησης των υδρατµών που περιέχονται στον αέρα είναι µηδενική ( h L = σταθερό ή h L =0 ). γ. Το σηµείο δρόσου του αέρα. Οι υδρατµοί που περιέχονται στον αέρα (Τ DP ). Τα στοιχεία που µεταβάλλονται είναι : α. Η θερµοκρασία ξηρού θερµοµέτρου (Τ DB ) και υγρού θερµοµέτρου (T WB ). β. Η αισθητή θερµότητα (h S ). γ. Η ολική ενθαλπία (h Τ ). Στην προκειµένη περίπτωση η µεταβολή της ολικής ενθαλπίας ( h Τ ) ισούται µε τη µεταβολή της αισθητής ενθαλπίας ( h S ). δ. Η σχετική υγρασία ( φ). Όπως σε κάθε περίπτωση ψυχροµετρικής αλλαγής του αέρα, έτσι και στην αισθητή θέρµανση (θέρµανση υπό σταθερή υγρασία W), ενδιαφέρει ο υπολογισµός των αρχικών ψυχροµετρικών στοιχείων του αέρα (πριν τη µεταβολή) και των τελικών ψυχροµετρικών στοιχείων, µετά τη µεταβολή (στην περίπτωσή µας µετά τη θέρµανση).

4-11 Παράδειγµα 1. Έστω ότι σε χώρο µε θερµαινόµενο αέρα χωρίς ύγρανση µετρήθηκαν µε το ψυχρόµετρο τα παρακάτω στοιχεία : A. Στοιχεία αρχικής κατάστασης (πριν τη θέρµανση) : T DB = 12 C T WB = 8 C B. Στοιχεία τελικής κατάστασης (µετά τη θέρµανση) : Τ DB = 26 C T WB = 14 C Nα βρεθούν όλα τα ψυχροµετρικά στοιχεία της αρχικής και τελικής κατάστασης του αέρα και να προσδιοριστεί το ποσό θερµότητας που έχει προσδοθεί στον αέρα για την µεταβολή Α-Β. Λύση Βρίσκουµε στον ψυχροµετρικό χάρτη (σχήµα 1) τα σηµεία που αντιπροσωπεύουν τα στοιχεία της αρχικής κατάστασης (σηµείο Α) και της τελικής κατάστασης (σηµείο Β) του αέρα. Σχήµα 1 Κατόπιν διαβάζεται προσεκτικά το µέγεθος των υπολοίπων ψυχροµετρικών στοιχείων της αρχικής και της τελικής κατάστασης του αέρα και συµπληρώνεται ο παρακάτω πίνακας. Στις παρατηρήσεις αυτού του πίνακα γράφονται επίσης ποια στοιχεία του αέρα αυξήθηκαν, ποια ελαττώθηκαν και ποια παρέµειναν σταθερά.

4-12 Ψυχροµετρικά στοιχέια ΠΙΝΑΚΑΣ Ψυχροµετρικά στοιχεία του παραδείγµατος. Στοιχεία αρχικής κατάστασης Στοιχεία Τελικής κατάστασης Παρατηρήσεις T DB 12 C 26 C Αυξήθηκε T WB 8 C 14 C Αυξήθηκε φ 60 % 25 % Ελαττώθηκε w 0,005 0,005 kg/kg D.A Σταθερό kg/kg D.A h T 10,2 kcal/kg 13,7 kcal/kg Αυξήθηκε T DB 4 C 4 C Σταθερό Το ποσό θερµότητας είναι (ανα µονάδα µάζας αέρα) h s = h B -h A = 3.5 kcal/h kg = 4,0705 10-3 KJ/Kg. Για τον υπολογισµό του ποσού της αισθητής θερµότητας που προστίθεται στον αέρα για ν αυξηθεί η θερµοκρασία κατά Τ, χρησιµοποιείται η σχέση : Q o S = 0,337 V o Τ (watt) ή Q o S = 0,29 V o Τ (Kcal/h) όπου : Q o S η απαιτούµενη αισθητή θερµότητα ( watt ). V o η παροχή όγκου του θερµαινόµενου αέρα ( m 3 /h ). Τ η διαφορά µεταξύ της αρχικής και τελικής θερµοκρασίας ξηρού θερµοµέτρου. Για τον υπολογισµό µπορεί να χρησιµοποιηθεί επίσης και η σχέση : Q o S = 1.396. V o. h S (watt) ή Q o S = 1,2. V o. h S (Kcal/h) όπου : h S η µεταβολή της ενθαλπίας (αισθητή, kcal/h kg ή KJ/Kg). Υπενθυµίζεται, ότι αν η θέρµανση γίνεται µε σταθερή την ειδική υγρασία, η µεταβολή της αισθητής ενθαλπίας h S ισούται µε τη µεταβολή της ολικής ενθαλπίας h Τ.

4-13 Παράδειγµα 2 Να βρεθεί το ποσό της αισθητής θερµότητας που πρέπει να προστεθεί κατά τον κλιµατισµό (θέρµανση) αέρα 5.000 m 3 /h αν η αρχική θερµοκρασία ξηρού θερµοµέτρου είναι 15 C και η τελική 35 C. Λύση Εφαρµόζοντας την παραπάνω σχέση έχουµε : Q o S = 0,29. 5000. (35-15) = 29.000 kcal/h = 33,5 KW ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 1.Ψυχροµετρικός χάρτης. 2.Ψυχρόµετρο. 3.Ανεµόµετρο - κανόνας. 4.Πειραµατικός αεραγωγός µε ανεµιστήρα, ηλεκτρική αντίσταση και ψεκαστήρα νερού, σχήµα 2. Σχήµα 2 ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1.Θέσατε σε λειτουργία τον ανεµιστήρα. 2.Πάρτε µετρήσεις µε το ψυχρόµετρο στην είσοδο του πειραµατικού αεραγωγού (θέση 1) και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 1. ΠΙΝΑΚΑΣ 1 α/α 1 2 3 4 5 Μ.Ο ( Ο C) T DB T WB M.O ( O F)

4-14 3.Τροφοδοτήστε µε ρεύµα την ηλεκτρική αντίσταση του πειραµατικού αεραγωγού. 4.Πάρτε µετρήσεις µε το ψυχρόµετρο στην έξοδο του πειραµατικού αεραγωγού (θέση 2) και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 2. ΠΙΝΑΚΑΣ 2 α/α 1 2 3 4 5 Μ.Ο ( Ο C) M.O ( O F) T DB T WB c (m/sec) (FPM) 5.Με βάση τα στοιχεία των πινάκων 1 και 2 χαράξτε τη µεταβολή 1-2 στον ψυχροµετρικό χάρτη. 6.Συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 3. ΠΙΝΑΚΑΣ 3 " Ψυχροµετρικά στοιχεία του αέρα " ΘΕΣΗ 1 ΘΕΣΗ 2 α/α ΜΕΤΡΙΚΟ ΑΓΓΛΟΣΑΞΩΝΙΚΟ ΜΕΤΡΙΚΟ ΑΓΓΛΟΣΑΞΩΝΙΚΟ Τ DB T WB φ T Dp Q S Q L U 7. Υπολογίστε το συνολικό ποσό θερµότητας που έλαβε ο αέρας κατά τη διαδροµή 1-2. 8. Υπολογίστε την ισχύ της αντίστασης. Επισηµαίνεται ότι εφ όσον χρησιµοποιηθεί άλλη πειραµατική µονάδα θ ακολουθηθεί η αντίστοιχα κατάλληλη πορεία.

4-15 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΜΟΝΑ ΕΣ T DB : T WB : Θερµοκρασία ξηρού βολβού (K, 0 C, 0 F). Θερµοκρασία υγρού βολβού (K, 0 C, 0 F). W : Περιεκτικότητα σε υγρασία (Kg(H 2 O) / Kg(da), (LB(H 2 O) / L da). Q o S : Αισθητή θερµότητα υγρού αέρα (kw, Kcal / h, BTU / h). Q o L : Λανθάνουσα θερµότητα υγρού αέρα (kw, Kcal / h, BTU / h). Q o T : Συνολική θερµότητα υγρού αέρα (kw, Kcal / h, BTU / h). φ : Σχετική υγρασία. T DP : Θερµοκρασία σηµείου δρόσου (K, 0 C, 0 F). U : Ειδικός όγκος αέρα (m 3 / Kg(DA), (FT 3 / LB(DA)). c : Ταχύτητα αέρα (m/s, fpm)

4-16 ΑΣΚΗΣΗ 4 η " ΑΝΑΜΙΞΗ ΑΕΡΙΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ "

4-17 ΣΚΟΠΟΣ Οι σπουδαστές να κατανοήσουν τη διαδικασία κατά την οποία γίνεται η αδιαβατική ανάµιξη δύο ρευµάτων υγρού αέρα και να µπορούν να την αναπαριστάνουν στον ψυχροµετρικό χάρτη. ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Αδιαβατική ανάµιξη δύο ρευµάτων υγρού αέρα Έχουµε δύο ρεύµατα αέρος µε θερµοδυναµικά χαρακτηριστικά, h 1,w 1 και παροχή m 1 το (1) και h 2,w 2 παροχή m 2 το (2).Τα δύο ρεύµατα αναµιγνύονται όπως φαίνεται στο σχήµα 4.1 m 2, h 2, w 2 (2) h 1 w 1 (1) m 1 m 3,h 3,W 3 (3) σχήµα 4.1. " αδιαβατική ανάµιξη δύο ρευµάτων υγρού αέρα " Ο ισολογισµός ενέργειας της ανάµιξης µας δίνει: m 1 *h 1 +m 2 *h 2 =m 3 *h 3 4.1 Ο ισολογισµός µάζας αέρα :

4-2 1+m 2 =m 3 4.2 και ο ισολογισµός της µάζας υδρατµών δίνει: m m 1* w 1 +m 2* w 2 =m 3* w 3 4.3 Από τις σχέσεις 4.1, 4.2 και 4.3 έχουµε: h h h h 2 3 3 1 = w w w w m m 2 3 1 = 4.4 3 1 2

4-7 Αναλογία που δείχνει ότι στον ψυχροµετρικό χάρτη το σηµείο 3 βρίσκεται πάνω στην ευθεία που συνδέει τα σηµεία των καταστάσεων 1 και 2 Το ευθύγραµµο τµήµα λοιπόν (1-2) χωρίζεται στο τµήµα (1-3) και h στο (3-2) και ο λόγος των µηκών των τµηµάτων αυτών είναι αντίστοιχα ανάλογος του λόγου των παροχών µάζας των δύο ρευµάτων, δηλαδή : µήκος (3-2) µήκος (1-3) m1 = 4.5 m2 Ο αέρας τροφοδότησης κλιµατιζόµενου χώρου επιτυγχάνεται µε τους εξής τρόπους: Με τη χρήση αέρα 100% ανακυκλοφορίας από τον κλιµατιζόµενο χώρο. Με τη χρήση αέρα 100% από το περιβάλλον (νωπός). Με αέρα που θα προέλθει από την ανάµιξη νωπού και αέρα ανακυκλοφορίας. Ο τελευταίος τρόπος είναι και ο πλέον χρησιµοποιούµενος και εξασφαλίζει ικανοποιητικές συνθήκες άνεσης, υγείας και παράλληλα σχετικά οικονοµική λειτουργία της εγκατάστασης. Η χρήση αέρα ανακυκλοφορίας 100% κάνει µεν οικονοµικότερη την ε- γκατάσταση και τη λειτουργία της, αλλά η ατµόσφαιρα που δηµιουργείται στον κλιµατιζόµενο χώρο είναι αποπνικτική και ανθυγιεινή. Σε µερικές περιπτώσεις κλιµατισµού, απαιτείται 100% νωπός αέρας (χειρουργεία, χώροι χηµικών πειραµάτων κ.λ.π. ). Οι εγκαταστάσεις µε 100% νωπό αέρα είναι δαπανηρές από άποψης εγκατάστασης και λειτουργίας του κλιµατιστικού συγκροτήµατος, γι αυτό και συναντώνται µόνον εφ όσον υπάρχει συγκεκριµένη σκοπιµότητα. Τελευταία εφαρµόζεται η µέθοδος ανάκτησης της θερµότητας µε χρήση ε- ναλλάκτη που µειώνει κατά κάποιο τρόπο τη δαπάνη λειτουργίας. Το ποσοστό του νωπού αέρα, καθώς και τα ψυχροµετρικά στοιχεία αυτού, παίζουν σηµαντικό ρόλο στη διαµόρφωση του µεγέθους της κλι- µατιστικής συσκευής, διότι τα στοιχεία αυτά διαµορφώνουν την κατάσταση του αέρα αναµίξεως και του αέρα που µπαίνει στην κλιµατιστική συσκευή προς κλιµατισµό.

4-8 ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ψυχρόµετρο Αεραγωγός Ανεµόµετρο ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Θέσατε σε λειτουργία τον ανεµιστήρα του πειραµατικού αεραγωγού. 2. Πάρτε µετρήσεις µε το ψυχρόµετρο και το ανεµόµετρο στην είσοδο του αεραγωγού (θέση 1) και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 1. ΠΙΝΑΚΑΣ 1 α/α 1 2 3 4 5 M.O o C M.O o F T db T wb C 3. Βάλτε σε λειτουργία τον εφεδρικό ανεµιστήρα του πειραµατικού αεραγωγού. 4. Πάρτε µετρήσεις του αέρα προσαγωγής (θέση 2) και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 2. ΠΙΝΑΚΑΣ 2 α/α 1 2 3 4 5 M.O o C M.O o F

4-9 T db T wb C 5. Μετρήστε µε το ανεµόµετρο την ταχύτητα του αέρα στη θέση 3 του πειραµατικού αεραγωγού. 6. Μετρήστε τις διαστάσεις του αεραγωγού στις θέσεις 1 και 3. 7. Χαράξτε στον ψυχροµετρικό χάρτη τη µεταβολή 1-2. 8. Προσδιορίστε τα ψυχροµετρικά στοιχεία του µίγµατος στη θέση 3 του πειραµατικού αεραγωγού, µε βάση τα παραπάνω και συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 3. ΠΙΝΑΚΑΣ 3 ΘΕΣΗ T db T wb Tdp W h U RH 3 ΣΤΟΜΙΑ 1 2 3 4 5 M.O o C M.O o F T db T wb C ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΜΟΝΑ ΕΣ

4-10 T DB : Θερµοκρασία ξηρού βολβού (K, 0 C, 0 F). T WB : Θερµοκρασία υγρού βολβού (K, 0 C, 0 F). W : da). Περιεκτικότητα σε υγρασία (Kg(H 2 O)/Kg(da), (LB(H 2 O)/L Q S : Αισθητή θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kgda, Kcal/Kgda, BTU/LBda). Q L : BTU/da). Λανθάνουσα θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kg da,kcal/kgda, Q T : Συνολική θερµότητα υγρού αέρα (Kj/Kgda, Kcal/Kgda, BTU/LBda). Φ : Σχετική υγρασία. T dp : Θερµοκρασία σηµείου δρόσου (K, 0 C, 0 F). U : Ειδικός όγκος αέρα (m 3 / Kg(DA), (FT 3 / LB(DA)).