wentylacja w domu i biurze

 W standardowych urządzeniach chłodniczych, czy klimatyzacji ciepło skraplania czynnika chłodniczego jest odprowadzane na zewnątrz układu za pośrednictwem chłodziwa, na przykład: powietrza zewnętrznego, wody, czy też innego nośnika energii. Nowoczesne konstrukcje tych urządzeń umożliwiają wykorzystanie wspomnianego ciepła w procesach przygotowania powietrza klimatyzacyjnego lub do przygotowania ciepłej wody użytkowej - c.w.u. Ciepła woda użytkowa może być użyta do celów komunalno - bytowych lub nawet technologicznych. Takie układy klimatyzacji są energooszczędne, ponieważ nie wymagają żadnego dodatkowego źródła zasilania w energię elektryczną, natomiast wykorzystują energię wcześniej dostarczoną do sprężarki układu chłodniczego, jak również ciepło odebrane w parowaczu - za pośrednictwem czynnika chłodniczego, z przestrzeni chłodzonej. W każdym urządzeniu chłodniczym ciepło pobrane z parownika oraz energia doprowadzana do napędu sprężarki muszą być odprowadzone w skraplaczu. W gospodarce istnieje wiele możliwości wykorzystania ciepła odpadowego z klimatyzacji. Wybór danego rozwiązania zależy od dziedziny zastosowania, a także od jego kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. 

 
Rys. 1. Schemat ideowy analizowanego układu chłodniczego: P - parowacz, SP - sprężarka, WCO - wymiennik ciepła do odzysku ciepła skraplania, K - skraplacz, ZR - zawór rozprężny 

   Wzrost cen energii powoduje zwiększenie zainteresowania zarówno inwestorów jak i konstruktorów energooszczędnymi urządzeniami chłodniczymi lub klimatyzatorami. Jedną z dróg prowadzących do tego celu jest wzbogacanie tradycyjnych instalacji chłodniczych, między innymi w systemy odzysku ciepła skraplania. W urządzeniach chłodniczych zagadnienie odzysku ciepła związane jest z zamontowaniem w instalacji chłodniczej dodatkowych wymienników i elementów automatyki, co czyni ją bardziej skomplikowaną i jednocześnie bardziej kosztowną. Z drugiej strony ilość ciepła, którą można wykorzystać jest bardzo duża, zależna oczywiście od wydajności urządzenia chłodniczego, czy klimatyzacyjnego. Ponadto można odzyskać nie tylko ciepło skraplania lecz również ciepło przegrzania par czynnika chłodniczego. W zależności od planowanego zakresu odzysku ciepła z instalacji chłodniczej można wyróżnić dwa systemy odzysku ciepła: 
- częściowy odzysk ciepła (jako źródło użytecznej energii odpadowej wykorzystuje się tylko ciepło przegrzania par czynnika chłodniczego), 
- całkowity odzysk ciepła (jako źródło użytecznej energii odpadowej wykorzystuje się również ciepło skraplania par czynnika chłodniczego). 

  μe-dronic to system zaprojektowany do klimatyzacji dla małych i średniej wielkości obiektów (apartamenty, domy jednorodzinne, biura i inne) w których ochładzanie/ogrzewanie realizowane jest za pomocą klimakonwektorów oraz agregatu wody lodowej ze sterownikiem μCH2 SE. Podstawowy element systemu to płyta klimakonwektora HYFC*, która steruje trzema prędkościami wentylatora, zaworem ciepłej i zimniej wody. Ponadto posiada cztery wejścia cyfrowe (załącz/wyłącz; grzanie/chłodzenie; tryb ekonomiczny, alarm) oraz możliwość przyłączenia do trzech czujników NTC (regulacyjny, woda zasilanie, woda powrót). 

     W systemie μe-dronic możliwe jest kontrolowanie poprzez płyty HYFC* maksymalną ilością 60 klimakonwektorów z podziałem na 10 stref. W każdej strefie można połączyć w sieć przyjazny dla użytkownika terminal lokalny z wewnętrznym czujnikiem oraz 6 klimakonwektorów (1 x Master + 5 x Slave). Agregatem wody lodowej steruje sterownik μCH2 SE. Całość spina przy zastosowaniu sieci RS485 sterownik μAM. Sterownik μAM posiada zintegrowany terminal, czujnik temperatury oraz wilgotności. Sterownik μAM umożliwia dokonywanie nastaw dla każdej strefy oraz monitorowanie alarmów z wszystkich regulatorów w systemie. Ponadto i co najważniejsze koordynuje pracę całego systemu w taki sposób aby oszczędzać energię. Oszczędność energii jest realizowana poprzez sterownik μAM dzięki analizie aktualnego zapotrzebowania na ochładzanie w poszczególnych strefach. Gdy tylko jest to możliwe następuje automatyczne podnoszenie punktu nastawy w agregacie wody lodowej, co prowadzi do znaczących oszczędności energii. W sytuacji, gdy wymagane jest osuszanie μAM obniża punkt nastawy w agregacie. Jednocześnie znaczące oszczędności energii realizuje sterownik μCH2 SE agregatu wody lodowej wówczas, gdy zasilanie parownika agregatu realizowane jest elektronicznymi zaworami rozprężnymi. Jest to możliwe poprzez automatyczne obniżenie ciśnienia skraplania, gdy tylko pozwala na to temperatura w miejscu usytuowania agregatu klimatyzacyjnego. 

 Meble chłodnicze są coraz powszechniej wykorzystywane przy sprzedaży i ekspozycji żywności we wszelkiego rodzaju działających i powstających w szybkim tempie sklepach branży spożywczej, a liczba ich różnorodnych zastosowań ciągle rośnie. Rosnące wymagania ekologiczne i ekonomiczne, zaostrzające się przepisy, a także znaczna konkurencja międzynarodowa i krajowa wymuszają wzrost zainteresowania badaniami tych urządzeń. 

     Wychodząc naprzeciw tym potrzebom w Centralnym Ośrodku Chłodnictwa w Krakowie opracowano procedury badawcze służące do określania warunków pomiarów parametrów mebli chłodniczych. Procedury te obejmują badania wszelkiego rodzaju mebli chłodniczych w normalnych warunkach ich użytkowania, ze sprężarkowymi bezpośrednimi lub pośrednimi systemami ziębienia oraz zespołami skraplającymi dołączanymi lub wbudowanymi, w tym również mebli zamkniętych, przeznaczonych do wyłączania na noc, a także wyposażonych w oświetlenie i w zasłony nocne. 
      Opracowane procedury określają wymagania i sposób ich spełnienia dla następujących faz badania mebli:
przygotowanie pomieszczenia badawczego, w tym sprawdzenie zgodności i charakterystyki pomieszczenia z wymaganiami normy,
przygotowanie mebli do badań,
sposób usytuowania mebla w pomieszczeniu,
wyposażenie pomieszczenia do badań i mebla w przyrządy i aparaturę pomiarową,
rozruch mebla,
ustalanie warunków pomiaru,
próba temperaturowa (wraz z próbą odszraniania), 
próba kondensacji pary wodnej, 
próba zużycia energii elektrycznej,
pomiar wydajności instalacji ziębniczej mebla.

     Wymienione wyżej procedury badawcze poddano weryfikacji przeprowadzając badania różnych rodzajów mebli chłodniczych. Pozwoliły one opanować szczegółową problematykę pomiarową, technikę sterowania stanowiskiem pomiarowym oraz metodykę analizy zachowania się mebla w różnych warunkach działania. W trakcie tych badań wdrożono procedury wyznaczania wszystkich parametrów mebli wymienionych w normie PN-EN ISO 23953-2:2006 Meble chłodnicze - część druga: "Klasyfikacja, wymagania i warunki badań", umożliwiających ocenę mebli i ich kwalifikację do określonych klas. Przed przystąpieniem do badań mebel (bez pakietów pomiarowych) włączono i utrzymywano w ruchu przez ok. 30 godzin, w warunkach klasy klimatycznej 3 (wilgotność względna 60 ±3%, temperatura powietrza 25 ±1,0oC). W tym czasie obserwowano działanie instalacji chłodniczej urzadzenia, regulatorów i systemu odszraniania. W wyniku obserwacji pracy mebla stwierdzono m.in. objawy sugerujące niewystarczającą wydajność parowacza. Przypuszczenie to zostało potwierdzone przez oględziny parowacza (patrz rys. 2A). Zaobserwowano objawy zbyt dużego przegrzania pary czynnika i brak chłodzenia w jego końcowej części. Aby ten problem rozwiązać dokonano wymiany dyszy w zaworze AKV 10 na większą (z nr 5 na 6), zwiększono średnicę przewodów doprowadzających czynnik z agregatu do mebla (z 10 do 12 mm) oraz poprzez odpowiednią organizację przebiegu przewodów z czynnikiem (złączenie na pewnym odcinku przewodu ssawnego z tłocznym i zaizolowanie całości) zrealizowano dochłodzenie ciekłego czynnika dopływającego do mebla. Oprócz korzystnego wpływu na wydajność parowacza działanie to pozwoliło spełnić formalny wymóg normy, aby temperatura czynnika ziębniczego na dopływie do mebla nie była wyższa od temperatury otoczenia o więcej niż 10oC. Aby utrudnić zasysanie do mebla powietrza z otoczenia w porze nocnej kiedy zasunięte są zasłony nocne, zmniejszono szczeliny między krawędziami tych zasłon a ścianami mebla do około 8 mm. Natomiast widoczny  objaw kondensacji pary wodnej na powierzchni mebla udało się wyeliminować poprzez korekty parametrów odszraniania. 

     Niektóre z opisanych wyżej nieprawidłowości pracy mebla zaobserwowanych podczas rozruchu przedstawiono 

Parametry pracy mebla
     W wyniku obserwacji pracy mebla podczas rozruchu zastosowano następujące ustawienia podstawowych parametrów sterownika definiujące tryb pracy mebla, metodę regulacji temperatury i sposób odszraniania:
termostat
- nastawa temperatury (wartość zadana regulacji) - -4oC,
- czas nadtapiania szronu - 5 min,
odszranianie
- temperatura końca odszraniania - 9oC,
- odstęp między startami kolejnych odszraniań - 3 h,
- nadtapianie szronu - co 1 h,
- maksymalny czas trwania odszraniania 
- 30 min,
- czas ociekania - 2 min,
- praca wentylatorów podczas oszraniania 
- tak,
zawór rozprężny AKV10
- maksymalna wartość przegrzania - 6oC,
- minimalna wartość przegrzania - 3oC,
- średni stopień otwarcia zaworu - 75,
- otwarcie zaworu podczas rozruchu - 70.

 Woda tłoczona do dysz  w w komorze zraszania central; wentylacyjnych pod ciśnieniem 1,5 -2,5 atm wypływa przez otwory o średnicy od 3 do 8 mm. Powstaje wówczas mniej lub bardziej gęsty deszcz lub mgła złożona z małych i bardzo małych kropelek wody, których kształt nie zawsze jest kulisty. Średnica tych kropelek wynosi od ok. 0,05 do 1,0 mm, w zależności od rodzaju dyszy i ciśnienia wody. Czas ich przepływu przez komorę oraz przebieg zmian temperatury bywa bardzo zróżnicowany.

Doświadczenia eksploatacyjne central klimatyzacyjnych wykazały, że dla komór zraszania najbardziej przydatne są dysze osiowe, wydajność dysz przy ciśnieniu tłoczonej wody 1,5 -2,0 atm wynosi około 0,25 -0,8 m2/h. Masa rozpylanej wody jest proporcjonalna do kwadratowego pierwiastka ciśnienia wody na dopływie do dyszy. Przy zbyt małych średnicach otworów dysze zatykaj się. Wydajność całej płaszczyzny dysz wynosi ok. 0,5 -1,5 kg wody na 1 kg przepływającego  powietrza.   Przy większym zapotrzebowaniu wody należy stosować dwie płaszczyzny dysz. Do oddzielania kropelek wody unoszonych przez powietrze służy odkraplacz umieszczony na odpływie z komory zraszania centrali klimatyzacyjnej. Do oczyszczania wody zainstalowany jest po stronic ssawnej specjalny filtr siatkowy który ma na celu zabezpieczenie dysz przed zatykaniem. Do zwalczania alg i bakterii rozwijających się w wodzie śluzą dostępne w handlu specjalne środki (Acitol, Exal, Benzalkon i inne).

Sole
Stężenie soli zawartych w wodzie obiegowej, wskutek częściowego jej odparowywania, ustawicznie wzrasta i może spowodować wydzielanie się kamienia kotłowego dlatego do komory zraszania należy doprowadzać więcej świeżej wody uzupełniającej, niż odparowuje jej do powietrza. Do regulacji ilości wody śluzy zawór elektromagnetyczny zainstalowany na przewodzie doprowadzającym świeżą wodę. W celu uzdatnienia wody stosuje się również metody chemiczne, np. dodawanie polifosforanów.

Należy pamiętać o tym, że sole zawarte w rozpylonej wodzie pozostają w nawilżonym powietrzu, a wytracają się w postać pyłu w klimatyzowanych pomieszczeniach. Można temu zapobiec przez całkowitą demineralizację wody, jednak pociągi to za sobą inne niebezpieczeństwo: korozję urządzeń. Zmiękczanie wody metodą jonitową nie daje pożądanej poprawy, bowiem sole i tak pozostają w wodzie. Tam, gdzie nie powinny pojawić się pyły, należy za komorą dyszową instalować filtr zawiesinowy, ale przy wilgotności powietrza przekraczającej 90% powstaje niebezpieczeństwo kondensacji kapilarnej w czynniku filturjącym.

Zawartość soli ma także pewien wpływ na oddzielenie kropel, ponieważ obniża ciśnienie pary kropli. Niwsione w powietrzu małe krople, przechodząc przez odkraplacz potrzebują do odparowania więcej czasu. Rezultatem niecałkowitej wykrapania kropel wody może być wilgoć w kanałach powietiza wychodzących z urządzenia.

 Budowa i zasada działania wirnika wentylatora promieniowego 

   Charakterystyczną cechą wentylatora promieniowego jest to, że kształt wirnika wymusza przepływ o składowej merydionalnej skierowanej w przybliżeniu promieniowo. Zasadą działania jest promieniowe przemieszczanie zawirowanej masy gazu wskutek działania siły masowej (odśrodkowej). Łopatki, służące do zawirowania gazu, mogą być różnie ukształtowane. Mogą być płaskie lub wygięte, ustawione promieniowo, zagięte do tyłu lub do przodu (rys. 1). 

 
Rys. 1. Układy łopatek wirników wentylatorów promieniowych 

   Główne parametry pracy wirnika, tzn. spiętrzenie i sprawność w funkcji wydatku, zależą od cech przepływu gazu w wentylacji  przez wieniec łopatkowy. 
   Obraz przepływu przez kanał wieńca, w jego przekrojach podłużnym i poprzecznym, przedstawiono na rysunku 2. Rozpatrywany jest tutaj przepływ przez wieniec łopatkowy wirnika na drodze od przekroju położonego przed krawędzią natarcia łopatki do przekroju na jego obwodzie zewnętrznym. Przyjęto, że gaz jest lepki i ściśliwy, a prędkość w całym, rozpatrywanym obszarze nie przekracza prędkości dźwięku. 

 
Rys. 4. Układy wektorów średnich prędkości u wlotu i wylotu z wieńca łopatkowego 

 
Rys. 5. Rozkłady prędkości merydionalnych w przepływie przez wirnik 

Teoretyczne obliczenia wirnika wentylatora promieniowego 
   Poniżej przedstawiony jest algorytm obliczania spiętrzenia ciśnienia, mocy i sprawność wirnika, będący wyciągiem z metodyki obliczania wentylatorów podanej przez S. Kuczewskiego. Algorytm ten został opracowany przy następujących założeniach: 
• wirnik ma charakter promieniowy, 
• przetłaczanym gazem jest powietrze, 
• spiętrzenie wentylatora jest na tyle nieduże, że można pominąć ściśliwość powietrza w analizie prędkości przepływu, 
• łopatki wirnika są wygięte w jednej płaszczyźnie i są one odgięte do tyłu, co oznacza, że kąty łopatki na wlocie i wylocie są dodatnie. 

Dane wejściowe: 
D1 - średnica wewnętrzna wieńca [m], 
D2 - średnica zewnętrzna wieńca [m], 
b1 - szerokość wieńca na wlocie [m], 
b2 - szerokość wieńca na wylocie [m], 
β1 - kąt wlotowy łopatki [o], 
β2 - kąt wylotowy łopatki [o], 
l - długość szkieletowej łopatki [m], 
z - liczba łopatek [-], 
n - prędkość obrotowa [obr/ /min].