6 ο Εργαστήριο Τεχνολογία αερισμού

6 ο Εργαστήριο Τεχνολογία αερισμού 1

Στόχος του εργαστηρίου Στόχος του εργαστηρίου είναι να γνωρίσουν οι φοιτητές: - μεθόδους ελέγχου υγρασίας εντός του κτηνοτροφικού κτηρίου - τεχνικές αερισμού - εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για αερισμό - εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για ψύξη Θεωρητικό μέρος Τεχνολογία εξοπλισμός ελέγχου υγρασίας Τεχνικές αερισμού Είδη αερισμού Τεχνολογία εξοπλισμός αερισμού Υπολογισμός ισχύος ανεμιστήρων Παράδειγμα υπολογισμού ισχύος ανεμιστήρα Εξοπλισμός ψύξης Αρχή λειτουργίας υγρής παρειάς Εργαστηριακή άσκηση Υπολογισμός της ισχύος ενός ανεμιστήρα Σχεδίαση τομής βουστασίου του οποίου το σύστημα αερισμού γίνεται με υποπίεση 2

Εισαγωγή Όπως αναφέρθηκε στο προηγούμενο εργαστήριο είναι σημαντικό να μπορεί να γίνει έλεγχος της υγρασίας στο εσωτερικό περιβάλλον ενός κτηνοτροφικού κτηρίου, καθώς και να εξασφαλίζεται η καθαρότητα του αέρα. Πέραν αυτών, ο αερισμός χρησιμοποιείται τόσο για τον έλεγχο της υγρασίας, όσο και για τον έλεγχο της θερμοκρασίας. Στον παρόν εργαστήριο θα αναλυθούν οι μέθοδοι ελέγχου της υγρασίας καθώς και η σχετική τεχνολογία η οποία χρησιμοποιείται σήμερα. Τεχνολογία εξοπλισμός ελέγχου υγρασίας Η υγρασία μέσα στα κτηνοτροφικά κτήρια: A) προέρχεται από δύο πηγές. Η μία είναι ο αέρας της ατμόσφαιρας που πάντα περιέχει ποσότητα υδρατμών. Η άλλη πηγή είναι τα ίδια τα ζώα τα οποία παράγουν υδρατμούς. B) ελέγχεται μέσω της θέρμανσης και του αερισμού. Μέσω της θέρμανσης γίνεται προσπάθεια αποφυγής της υγροποίησης των υδρατμών. Γενικά επιδιώκεται να μην υπάρχουν πολύ ψυχρές επιφάνειες με θερμοκρασία κάτω από τη θερμοκρασία δρόσου οπότε θα μπορούσαν να υγροποιηθούν οι υδρατμοί. Επιπλέον, υπενθυμίζεται ότι σε υψηλές θερμοκρασίες αυξάνεται η ποσότητα των υδρατμών που μπορεί να παραμείνουν σε αέρια μορφή. Μέσω του αερισμού γίνεται προσπάθεια να μειωθεί η ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα του κτηνοτροφικού κτηρίου. Έτσι: είτε επιδιώκεται η μείωση της υγρασίας του εισερχόμενου αέρα, είτε η απομάκρυνση της υγρασίας από έναν χώρο, μέσω του αερισμού. Γενικά πρέπει χώροι στους οποίους παράγονται υδρατμοί να βρίσκονται σε υποπίεση έτσι ώστε να μη μεταναστεύουν οι υδρατμοί σε γειτονικούς χώρους. 3

Τεχνικές αερισμού Ο αέρας είναι ρευστό, συνεπώς για να μετακινηθεί μια ποσότητα αέρα από μια θέση σε μια άλλη θα πρέπει να διαμορφωθεί ανάμεσά τους διαφορά πίεσης. Αυτή η διαφορά πίεσης μπορεί να διαμορφωθεί με μηχανικά μέσα ή με παθητικό (φυσικό) τρόπο. Έτσι διακρίνονται δύο μεγάλες κατηγορίες αερισμού: ο φυσικός αερισμός και ο τεχνητός αερισμός που θα περιγραφούν στην επόμενη παράγραφο. Τέλος, πολλές φορές στο ίδιο κτήριο σε διαφορετικές χρονικές περιόδους, χρησιμοποιείται διαφορετικό σύστημα αερισμού (πχ. κατά τη διάρκεια του χειμώνα φυσικός αερισμός, ενώ κατά τη διάρκεια του θέρους τεχνητός αερισμός). Κατηγορίες αερισμού Υπάρχουν 2 κατηγορίες αερισμού. Ο φυσικός και ο τεχνητός. Α) Στις τεχνικές φυσικού αερισμού γίνεται εκμετάλλευση της διαφοράς πίεσης που αναπτύσσεται εντός ενός κτηρίου: 1. λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, 2. λόγω ανεμοπίεσης δηλ. διαφοράς πίεσης μεταξύ του εσωτερικού και εξωτερικού αέρα του κτηρίου. Α1. Φυσικός αερισμός λόγω διαφοράς θερμοκρασίας παρατηρείται όταν μέσα σε ένα κτήριο (κτηνοτροφικό ή όχι) η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται είτε λόγω του συστήματος θέρμανσης, είτε λόγω της θερμότητας που αποβάλλουν τα ζώα είτε λόγω των θερμικών ηλιακών κερδών κυρίως μέσω των ανοιγμάτων (παραθύρων κ.λπ.). Ο θερμός αέρας λόγω θερμικής άνωσης ανεβαίνει ψηλότερα και μπορεί να διαφύγει στο περιβάλλον από ανοίγματα κοντά στην οροφή του κτηρίου. Αυτό δημιουργεί μέσα στο κτήριο πίεση μικρότερη από την πίεση του αέρα στο εξωτερικό περιβάλλον. Άρα φρέσκος αέρας από έξω, εισέρχεται στο κτήριο από ανοίγματα σε χαμηλό ύψος ή διεισδύει από χαραμάδες. 4

Σχήμα 1. Φυσικός αερισμός λόγω θερμικής άνωσης Α2) Φυσικός αερισμός λόγω ανεμοπίεσης παρατηρείται σε περιοχές με σημαντικούς ανέμους σε σταθερή κατεύθυνση, όπου είναι δυνατό να γίνει εκμετάλλευση της υποπίεσης που αναπτύσσεται στην υπήνεμη πλευρά του κτηρίου (δηλ. από κει που δεν φυσάει ο αέρας), για να υποχρεωθεί ο αέρας από το εσωτερικό να κινηθεί προς τα έξω. Και πάλι η μείωση της πίεσης του αέρα που θα προκληθεί στο εσωτερικό, θα υποχρεώσει φρέσκο αέρα να εισέλθει στο κτήριο από την προσήνεμη πλευρά (από κει που φυσάει ο αέρας δηλ.). Στο Σχήμα 2 ο άνεμος φυσάει από τα αριστερά προς τα δεξιά. Συνεπώς στην αριστερή πλευρά του κτηρίου (προσήνεμη) αναπτύσσεται πίεση μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική. Περνώντας ο άνεμος πάνω από το κτήριο, εμφανίζεται αποκόλληση ροής με αποτέλεσμα στη δεξιά πλευρά (υπήνεμη) να διαμορφώνεται πεδίο με δίνες και πίεση χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική. Συνεπώς ο αέρας θα κινηθεί από το εσωτερικό του κτηρίου προς τα έξω στη δεξιά πλευρά δημιουργώντας υποπίεση στο κτήριο και έτσι φρέσκος αέρας θα εισέλθει στο κτήριο από τις άλλες πλευρές του κτηρίου. Σχήμα 2. Φυσικός αερισμός λόγω ανεμοπίεσης 5

2 Τεχνητός αερισμός Στον τεχνητό αερισμό διακρίνονται τρία βασικά συστήματα: αερισμός με υποπίεση, αερισμό με υπερπίεση και ουδέτερος αερισμός. Αερισμός με υποπίεση. Σε αυτήν την περίπτωση ανεμιστήρες τοποθετούνται στις εξόδους του αέρα, αναρροφώντας τον αέρα προς τα έξω. Έτσι εντός του κτηρίου δημιουργείται πίεση μικρότερη από την ατμοσφαιρική με αποτέλεσμα φρέσκος αέρας να μπαίνει στο κτήριο από κατάλληλα διαμορφωμένες εισόδους. Αερισμός με υπερπίεση. Σε αυτήν την περίπτωση οι ανεμιστήρες τοποθετούνται στις εισόδους του αέρα και πιέζουν αέρα από έξω προς το εσωτερικό του κτηρίου. Με αυτό τον τρόπο η πίεση εντός του κτηρίου αυξάνεται πάνω από την ατμοσφαιρική. Έτσι ο αέρας που βρισκόταν μέσα στο κτήριο υποχρεώνεται να το εγκαταλείψει μέσω των κατάλληλα διαμορφωμένων εξόδων. Τέλος στον ουδέτερο αερισμό τοποθετούνται ανεμιστήρες και στις εισόδους και στις εξόδους του αέρα. Αερισμός με υποπίεση Αερισμός με υπερπίεση Ουδέτερος αερισμός Σχήμα 3. Τεχνητός αερισμός Τεχνολογία εξοπλισμός αερισμού Η βασική τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την εισαγωγή ή απομάκρυνση αέρα προς και από το κτηνοτροφικό κτήριο, είναι αξονικοί ανεμιστήρες, τροφοδοτούμενοι με ηλεκτρική ενέργεια. Ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση του συστήματος είναι ο χειρισμός των ανοιγμάτων αερισμού. Αυτός μπορεί να γίνεται χειροκίνητα ή μηχανικά με αυτοματισμούς. Συνήθως το άνοιγμα εισόδου ελέγχεται 6

χειροκίνητα ενώ το άνοιγμα εξόδου με αυτοματισμό, ανάλογα με κάποιο χρονοδιάγραμμα ή ανάλογα με το σήμα που λαμβάνει από κάποιο αισθητήριο μέτρησης θερμοκρασίας ή υγρασίας. Σε ότι αφορά την ομοιόμορφη κατανομή του αέρα μέσα στο κτήριο αυτή μπορεί να γίνεται είτε με τη βοήθεια αεραγωγών (δίνουν τη δυνατότητα ρύθμισης με ακρίβεια), είτε με τη βοήθεια ανεμιστήρων οροφής. Σχήμα 5. α) Ανεμιστήρες ανακυκλοφορίας β) ανεμιστήρας προσαγωγής αέρα Σχήμα 6. α) Θυρίδες (κλαπέτο) ελέγχου ροής αέρα, β) Στόμια αεραγωγών διανομής αέρα 7

Υπολογισμός ισχύος ανεμιστήρων Οι ανεμιστήρες λειτουργούν με τη βοήθεια των ηλεκτροκινητήρων. Τα βασικά τους χαρακτηριστικά είναι η διάμετρος, η παροχή, η πτώση πίεσης και η ισχύς. Η απαιτούμενη ισχύς υπολογίζεται σε συνάρτηση με την παροχή και την πτώσης πίεσης που θα πρέπει να αντιμετωπιστεί. Δηλαδή δίνεται από την ακόλουθη σχέση: V P N n Όπου, Ν: η ισχύς του ανεμιστήρα σε [W] V: η παροχή του ανεμιστήρα σε [m 3 /s] ΔP : η πτώση πίεσης που θα πρέπει να αντιμετωπίσει ο ανεμιστήρας σε [Pa=Ν/m 2 ] n : ο βαθμός απόδοσης του ανεμιστήρα Παράδειγμα υπολογισμού της ισχύος του ανεμιστήρα Να υπολογιστεί η ισχύς ενός ανεμιστήρα που θα χρησιμοποιηθεί για να εξασφαλίσει παροχή αέρα V = 5.4 m/s μέσα σε κτηνοτροφικό κτήριο αν η συνολική πτώση πίεσης που θα πρέπει να αντιμετωπίσει ο ανεμιστήρας είναι ΔP = 200 [Pa] και ο μηχανικός βαθμός απόδοσης του ανεμιστήρα είναι n = 75%. V P 5.4x200 N 1440 [ W ] 1.44 [ kw ] n 0.75 Εξοπλισμός ψύξης Σε προηγούμενο εργαστήριο έγινε γνωστό πως ο αερισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση της θερμοκρασίας μέσα σε κτηνοτροφικό κτήριο. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα να είναι μικρότερη από τη θερμοκρασία σχεδιασμού του κτηρίου. Όμως, τους θερινούς μήνες δε συμβαίνει κάτι τέτοιο και πρέπει για την ψύξη ενός κτηνοτροφικού κτηρίου είτε να υπάρχει η δυνατότητα χρήσης αντλίας θερμότητας (όπως και στα συμβατικά κτήρια) είτε να γίνεται η ψύξη του εισερχόμενου αέρα με τη βοήθεια της εξάτμισης. 8

Η χρήση της αντλίας θερμότητας προτιμάται σε αγροτικά κτήρια πλήρως κλειστά με πλήρως ελεγχόμενες συνθήκες σε όλη τη διάρκεια του έτους (σαλιγκαροτροφεία, πτηνοτροφεία κλπ). Σε περιπτώσεις κτηρίων με μεγάλα ανοίγματα προτιμάται η λύση της ψύξης του εισερχόμενου αέρα μέσω εξάτμισης. Μια μέθοδος να επιτευχτεί αυτό είναι η τεχνολογία της υγρής παρειάς (Σχήμα 7). Σχήμα 7.Η υγρή παρειά δημιουργείται όταν ο αέρας που θα μπει σε ένα κτηνοτροφικό κτήριο αναγκαστεί να περάσει μέσα από ένα βρεμένο με νερό τοίχωμα από κυτταρίνη και έτσι να δροσιστεί πριν μπει στο περιβάλλον του κτηνοτροφικού κτηρίου Αρχή λειτουργίας της υγρής παρειάς Στην προσήνεμη πλευρά του κτηνοτροφικού κτηρίου τοποθετούνται πορώδη panels μέσα στα οποία τρέχει νερό. Στην υπήνεμη πλευρά τοποθετούνται ανεμιστήρες. Οι ανεμιστήρες απάγουν τον αέρα από το κτήριο, δημιουργώντας μέσα υποπίεση. Αυτό έχει ως συνέπεια θερμός αέρας από το περιβάλλον να εισέλθει στο κτήριο διερχόμενος μέσα από τα βρεγμένα panels (την υγρή παρειά). Ο εισερχόμενος αέρας εξατμίζει τμήμα του νερού της υγρής παρειάς σπαταλώντας για την εξάτμιση τμήμα της θερμότητας που περιέχει (άρα και κατεβαίνει η θερμοκρασία του), μέχρι του σημείου κορεσμού. 9

Κατά συνέπεια ο αέρας μπαίνει τελικά μέσα στο κτήριο, με θερμοκρασία πολύ μικρότερη. Το νερό που δεν εξατμίζεται συγκεντρώνεται και επανακυκλοφορεί με τη χρήση μιας αντλίας. Όπως προκύπτει από το Σχήμα 8 στο οποίο δίνεται η διεργασία σε ψυχρομετρικό διάγραμμα, όσο πιο ξηρός είναι ο εισερχόμενος αέρας τόσο πιο πολύ μπορεί να μειωθεί η θερμοκρασία του, κατά τη διέλευσή του μέσα από την υγρή παρειά. Σχήμα 8. Ψυχρομετρικό διάγραμμα στο οποίο περιγράφεται η διεργασία της υγρής παρειάς Η υγρή παρειά εκτός από μόνιμη εγκατάσταση στα κτηνοτροφικά κτήρια συναντιέται και με τη μορφή φορητής μονάδας (Σχήμα 9) ή σαν μονάδας υδρονέφωσης. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η χρήση τέτοιων λύσεων θα πρέπει να μελετάται με ακρίβεια πριν προταθεί, αφού ο αέρας θα εισέρχεται μεν με χαμηλή θερμοκρασία αλλά θα περιέχει και υψηλότερη υγρασία, οπότε θα πρέπει να διερευνάται αν αυτό είναι αποδεκτό από τους πληθυσμούς που ζουν στο κτηνοτροφικό κτήριο ή τους δημιουργεί συνθήκες δυσανεξίας. 10

Σχήμα 9. Συστήματα δροσισμού με εξάτμιση α) μόνιμη υγρή παρειά β) φορητή μονάδα υγρής παρειάς (υδρονέφωση) Εργαστηριακή άσκηση Υπολογισμός ισχύος ανεμιστήρα Υπολογίστε την ισχύ ανεμιστήρα για εγκατάσταση χειμερινού αερισμού υποπίεσης σε βουστάσιο με τα ακόλουθα στοιχεία Παροχή αέρα αερισμού : V= 3.45 m 3 /s Ύψος θέσης ανεμιστήρα: 5 m Ταχύτητα αέρα εντός του στάβλου: 0.5 m/s Απαιτούμενη διαφορά πίεσης: ΔP = 100 [Pa] Βαθμός απόδοσης ανεμιστήρα : n = 70% 11

Να σχεδιαστεί τομή βουστασίου με αερισμό με υποπίεση 12