FÖLDHİ FELHASZNÁLÁSA ÁTJÁTSZÓ ÁLLOMÁSOK KLIMATIZÁLÁSÁRA

Átírás

1 226 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G. FÖLDHİ FELHASZNÁLÁSA ÁTJÁTSZÓ ÁLLOMÁSOK KLIMATIZÁLÁSÁRA EARTH HEAT USING TO CLIMATE OF GSM STATIONS Dr. Tóth Lászó DSc., Dr. Schremf Norbert PhD., Dr. Fogarasi Lajos PhD., Dr. Bihercz Gábor PhD., Szent István Egyetem Géészmérnöki Kar, Gödöı (INNOCSEK K+F áyázat támogatásáva) ÖSSZEFOGLALÓ A teefon, rádió, TV és egyéb rövidhuámú átjátszó áomásokná a tornyok tövében évı ténerekben nyertek eheyezést a küönfée viamos egységeket (erısítık, egyenirányítók, stb.) tartamazó eektronikai berendezések. Ezen egységek mőködéséhez megfeeı környezeti hımérséket szükséges, amey hagyományos sit kimákka ugyan megehetısen drágán, de megodott. A K+F munka révén étrehozott újszerő megodás, i. rendszer hasznáata mindenféekéen gazdaságos, miközben viamos energiát takarít meg, energia-kaacitást is feszabadít, tehát az adott ténerhez és átjátszó áomáshoz további mőszerek hasznáhatók vagyis a funkció bıvühet anékü, hogy újabb véteezési igényt kötnénk e a viamosháózatbó. (Ennek tetemes kötsége is megtakarítható). SUMMARY The arts of the eectronic equiment, the different eectric units (amifiers, rectifiers etc.) are instaed in the containers deosed by the towers of teehone, broadcasting, TV and other short-wave reay stations. The oeration of these units requires a suitabe ambient temerature which is rovided by conventiona sit air conditioners however quite in an exensive way. The use of the nove soution and system as a resut of the K+F roject is certainy economica; on the one hand, it saves some eectric energy and, on the other hand, rovides free avaiabe caacity as we; due to the reduction, the actua container and the reay station can be equied with further instruments the function can be imroved without increasing the contingent caacity suied by the mains (and its considerabe cost aso can be saved). 1. ELİZMÉNY A teefon, rádió, TV és egyéb rövidhuámú átjátszó áomások ténereiben évı mőszerek zavartaan mőködését a tú magas és a tú aacsony hımérséket veszéyezteti mőködést. Ezért a. Nyári idıszakban ez hıevonást fetéteez, tehát a heységet hőteni ke, meyhez megfeeı hőtıberendezések keenek, tehát a mőszerek környezetében kimatizáás szükséges. A kímaberendezések szükség esetén főtésre is akamasak, a reverzibiis üzemük révén. Az országban több ezer iyen étesítmény mőködik. Összességében ezek energia fehasznáása már jeentısnek tekinthetı. De a megbízható berendezésekke vaó eátás tetemes kötség ráfordítást is igénye. 2. FEJLESZTÉSI KONCEPCIÓK 2.1. Cé és feadat Cé vot egy egyszerő energiatakarékos rendszer étrehozása és adatáása az átjátszó áomásokhoz. Gödöı

2 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G. 227 Két variáció eızetes kidogozására kerüt sor: A. Sekéy szondás hıszivattyú (reverzibiis) akamazása, mey a ténerek meett 5-1 m-es taajrétegbı megodható. A szivattyú hajtásához a rendekezésre áó viamos energia szogá. A szivattyú COP tényezıje 3,5-4,5 értékő, tehát viamos energia csökkenés mérsékése érhetı e. Tekintve, hogy kímaberendezésre egyébként is szükség van, s a födhı hasznosításához, csuán a szonda készítése jeent újabb kötséget. Ennek figyeembevéteéve az eızetes számítások szerint a többet beruházás néhány év aatt megtérü, sıt támogatás esetén a megtérüés 1-2 évre mérsékıdhet. B. A másik variáció enné is egyszerőbb, komresszor kör néküi megodást takar. Gyakoratiag akkor akamazható, ha a étesítmény meett sekéy, de terjedemesebb koetor heyezhetı e, ameynek feüete oyan mértékő, hogy a födbı átvett hı révén téen a főtési nyáron edig a hőtési feadatokat kées eátni. A B megodás egyszerőbb, mive e rendszerné csuán a foyadék és a ég-cirkuációhoz szükséges szivattyú és ventiátor beéítése szükséges, ameyek vezérése a heységben eheyezett hımérıkrı történik. A koektor kisebb átmérıjő csövekbı készü és a hıátszármaztató közeg foyadék, ameyet mind a föd koektorba, mind a evegı hıcseréın keresztü centrifugáis szivattyú keringtet. E berendezés ceciója az 1. ábrán átható. 1. ábra: A hıcseréıs rendszer evi vázata, 1 átjátszó torony, 2 téner, 3 foyadék evegı hıcseréı, 4 foyadék taaj hıcseréı, 5 keringtetı szivattyú, a) a téner széessége, b) téner magassága, h) taaj koektor magassága, sz) taaj koektor széessége, m) taaj koektor egasó ontja a taajban Eméeti aaok A modeszámításban óra (h) az aa idıegység, egyaránt az integrá- és differenciáfüggvények esetében is. A ténerben évı evegı entaiájának (h ) ianatnyi értéke az aábbi egyenette számítható: kj h = c ( t ) ( ) = T To c t t (1) kg Gödöı

3 228 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G. t = evegı hımérsékete c = evegı fajhı T = evegı ianatnyi hımérsékete T o = víz ovadásontja t = evegı ianatnyi hımérsékete A evegı entaiáját több hatás is befoyásoja. Ezek közü esıként azt a hıterheést ke emíteni, amit a ténerben évı mőszaki eszközök e (. 2-5 kw) értékő terheése jeent. Ezek aaján, továbbá az (1) egyenet fehasznáásáva a következı összefüggés írható fe: τ e t = t + [ C] (2) m& c ( t ) i= m& = evegı tömegárama A evegı hımérséketének meghatározásáná második éésben figyeembe ke venni azt a hımennyiséget, ami a téner faain keresztü távozik, vagy éen jön be és meegíti tovább a evegıt. Ezek aaján a (2) egyenet az aábbiak szerint írható tovább: τ τ e t = + + [ C] t (3a) c i= t c i= t aho a téner (q ) áta a evegıre gyakorot hıterheés a következıkéen számítható: λ = A dt (3b) δ azaz: λ = ( 2 ( h + sz ) m + ( h sz )) ( t tkörny ),1 [ kw] δ A = téner feüete h = hossúsáh, sz = széesség, m = magasság, t körny = környezeti evegı hımérsékete A (3b) egyenet feírásáná fetéteeztük, hogy a égmozgás a téner faainá ehanyagoható nagyságú, továbbá hogy a téner ajzata tejesen hıszigetet, így ott hıcsere nem történhet. A (3a) egyenet jobb odai második tagja természetesen a környezeti hımérsékettı függıen ehet ozitív vagy negatív eıjeő is attó függıen, hogy főti-e a besı teret (nyáron), vagy eseteg hőti azt (téen). 1 A (3a) egyenetbı magátó értetıdı módon a tag nem emehetı ki az integrábó, c ( t ) mive a fajhı a hımérsékettı függ, a hımérséket edig minden idıianatban vátozik, így az nem ehet függeten az idıtı, ebbı edig az következik, hogy a fajhı sem ehet az idıtı függeten tényezı. A harmadik tag, ami befoyásoja a evegı hımérséketét, az a ténerben eheyezett nagytejesítményő besı hıcseréı. Ezze a tagga ismét módosítani ke a (3a) egyenetet, amey aaján a (4a) egyenet adódik: τ τ τ = e [ C] ) hocs t t (4a) c t c t c ( t ) q hocs = hıcseréı hıterheése q = téner hıterheése i= ( i= i= Gödöı

4 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G. 229 A hıcseréı hıterheése az aábbiak aaján számítható: hocs = κhocs Ahocs dt (4b) azaz: 1 hocs = Ahocs ( t tgiko ),1 [ kw] 1 δcsı α1 λcsı α2 A hocs = hıcseréı feüete A fenti tag is mint ahogyan az már az egyenet aaján is átható ehet ozitív nagy negatív attó függıen, hogy a evegı vagy a giko-e a meegebb. Így a hıcseréı vagy főtıtestként, vagy edig hőtıtestként mőködik. Ezek aaján tehát a evegı hımérsékete a (4a) egyenette modeezhetı, ameybe beírható az óra aaú modeezés miatti óra-másoderc átvátási tényezı, továbbá egyszerősítés után ez az aábbi módon írható fe: τ 1 t = t + 36 ( + + ) dτ [ C] e hocs (5) = c t i A gikora hasonó ev akamazható, mint a evegıre. A giko entaiáját két hatás vátoztatja meg: egyrészt a ténerben évı besı hıcseréıben a evegı áta eadott/fevett hıt a giko száítja tovább, másrészrı edig a taajban évı hıcseréıné a giko ead/fevesz bizonyos mennyiségő hıt. A ténerben évı hıcsere nagysága a giko és a evegı esetében megegyezik (ez az eméeti eset adja a számunkra a méretezés szemontjábó eginkább kedvezı esetet, tehát amikor a giko hıterheése a egnagyobb), így a (4a) egyenet jobb odaán a zárójees tag közésı tagja a gikora is vonatkozik, csak éenségge eenkezı eıjee. Ezek aaján az aábbi összefüggés írható fe a giko hımérséket-vátozására: τ 1 t = t + 36 ( + ) dτ [ C] giko giko ta (6a) = c t i giko giko q ta = taaj hıterheése A taajja közöt hı a következıkéen számítható: 1 ta = cta Acsöv dt [ kw] (6b) a τ π A csov = csıvezeték feüete a koektorban aho: a ta λta = ρ c ta ta m s 2 ta ref és = [ h] τ. ref 18 A taajban azonban ezeken feü étezik egy függıeges irányú hımozgás ( hömozgás ), ami Magyarország terüetére átagosan,2 W/m-nek vehetı. Ez a hımozgás a taaj hımérséketét vagy emei, vagy csökkenti úgy, hogy a 15 C átagos taajhımérséket fennmaradjon. Ezek aaján a taaj hımérsékete az aábbi módon adható meg: τ 1 t = t + 36 ( + ) dτ [ C] ta ta ta hömozgás (7) = c t i giko giko Gödöı

5 23 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G A taajhı száításához tervezett és akamazott koektor Kivite és beéítés 2. ábra: Összeszeret áaotban száításra készen 3. ábra: A taajba heyezése 4. ábra: A rendszer feéítési vázata 1. és 2. kütéri koektorok, 3. és 4. ezárócsaok, 5. foyadék szivattyú, 6. kiegyenítı tartáy, 7. ventiátor, 8. víz-evegı hıcseréı, 9. visszatérı ág, 1. vezérıberendezés, 11. ventiátorvezérés, 12 szivattyúvezérés 13. besı hıérzékeı, 14. táfeszütség. A mérések során hasznát hıérzékeık ozíciói (keretezve a számok): 14-bejövı víz hımérsékete, 15-küsı égtér hımérsékete (árnyékban), 16-a evegı-víz hıcseréı bemenı odaa (magasított és kimenı nyíássa azonos mérető magasság is szereet), 18-hıcseréı kimeneténé a evegı hımérsékete, 19-a besı égtér hımérsékete 2,7 m-es magasságban, 24-a visszatérı, hıcseréı utáni víz hımérsékete 4. EREDMÉNYEK, KÖVETKEZTETÉSEK 4.1. Mőszaki A koektorok asó ontjain a kezdeti hımérséket o C vot. Nedvesítés hatására 17 o C-ra csökkent, a mi a nedves taaj jobb hıvezetı kéességét igazoja, egyben a teeítésre szogátat útmutatást. A koektorok fesı részéné a hımérséket 2,-2,5 o C fokka magasabb vot, amey a meegebb idıszakokban mérsékıdött 1,5-2, o C-ra. Ebbı következik, hogy a szondák magasságát cészerő esz csökkenteni. Gödöı

6 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G ábra: A betéri egység 6. ábra: A betéri egység rogramozása A mőködés megkezdéséig a födben évı szondák hımérsékete csökkent, hiszen a taaj evezette a hıt a koektor csövek környezetébı. Majd a rendszer bekacsoását követıen fokozatosan emekedett és 2-3 óra múva,2-,4 o C-ka emekedett. Az emekedés mindaddig foytatódott amíg a rendszer foyamatosan üzemet. Ezekben a trendekben jeentıs vátozások votak az egyes naszakok között. A besı tér hıterheésének, hımérséket vátozásának függvényében. 7. ábra: A mérési eredmények, a környezeti és a besı hımérséketek viszonyatában A rendszerhez adatát forduatszámát 1 fokozatban vátoztattuk, de a rendekezésre áó égszáítási szabáyozási tartománynak csak a fesı 3 %-a vot kihasznáható. A méréssorozatbó megáaítható, hogy a rendszer mőszaki szemontbó a koektor feüetének, vaamint a besı hıcseréık jeemzıinek köze összhangja vot. Várhatóan a evegı-víz hıcseréıné évı égszáító ventiátor tejesítıkéességét cészerő megnöveni egy méretfokozatta nagyobbra, meye 18-2 m 3 /h égszáítás érhetı a jeenegi hoz viszonyítva. A szivattyú száítótejesítményét 3 fokozatban ehetett vátoztatni, az evégzett rövid idejő teszteések azt bizonyították, hogy a nagy h 3. egmagasabb fokozatban ke mőködtetnünk, aho a vízszáító kaacitás 4 m 3 /h vot, a foyadék turbuenciája a egaább szükségesnek köze négyszerese. Aacsony hımérsékető éjszaká (a küsı hımérséket 1 o C aá csökkent) sikerüt a rendszert a hideg idıszakra jeemzıen teszteni, ekkor a koektor a taajra nézve hőtıhatást Gödöı

7 232 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G. fejtett, s így a következı nara aacsonyabb taajhımérséket adódott ami a hatéyságot javította. 8. ábra: A víz-evegı hıcseréı be- és kimeneti odaának hımérséketviszonyai 9. ábra: A téner besı hımérséketének aakuása 4.2. Öómia A hagyományos kímákná átaában 6 kw tejesítményő ténert szerenek be, meynek éves kihasznáása,3-,4-re vehetı. Ez esetben kwh az éves energiafehasznáás, amey 35,-Ft/kWh energiaár meett, 551 eft/év energia kötséget jeent. Az új rendszerő kímaberendezés viamos tejesítménye,2 kw. 5 %-os kihasznáás esetén az évi energiafehasznáás 876 kwh, ami 356,-Ft/év energia kötségnek fee meg. Ehhez járu még a téi vészheyzet eseténi ráfőtésbı adódó 8 kwh energia 28.,-Ft/év kötségge. Ezze az új rendszer energiakötsége 586,-Ft. A hagyományos kímaberendezés beruházási kötsége (megfeeı, stabi, meghízható kitené) szereésse együtt 3 eft. Az éettartamát 15 évre számova, az évi amortizációs kötség 2 eft. Az energiafehasznáási kötségge együtt a tejes hasznáati kötség 751,-eFt. Az új rendszer beruházási kötsége a födkoektor beéítési munkáataiva együttesen 45 eft. 25 éves éettartam esetén az évi amortizáció 15 eft., meyhez hozzáadva az üzemetetési kötséget az éves tejes kötség 238,6 eft/év. Végü is a küönbség a beruházásná 15 eft. Ezt osztva az éves kötségmegtakarítássa az új rendszer javára a berendezés 2,9-3, év aatt megtérü. Gödöı

8 TÓTH L., SCHREMPF N., FOGARASI L., BIHERCZ G ÉRTÉKELÉS, JAVASLATOK 1) A koektorok asó ontját 2,5 3, m méységre cészerő kiváasztani és az 1,1 m es koektor magasság heyett,5-,6 m-t ke akamazni, ennek arányában meg ke megnöveni a koektorok hosszát. Cészerő, ha a koektorokat az ekészített födcsatorna mindkét odafaához rögzítik és így 1 csatornában 2 etérı irányú ág fut, ameyek a szomszédos egaább 2 m-re évı csatornához soros üzemmódban kacsoódnak. Az éítményhez vezetı csöveket a koektor asó méységi tartományában ke teeíteni, ezze mérsékehetı a hıvesztés, i. hıfevéte. 1. ábra: A javasot szerkezeti feéítés 1. evegı-víz hıcseréı, 2. a taajkoektor bevezetı nyíása, 3. taajkoektor kivezetı nyíása, 4. vátoztatható forgási sebességő és forgási irányú ventiátor, 5. tartaékfőtés, 6. vátószee (csaantyú), 7. küsı égbevezetı, ietve kivezetı nyíás, 8. besı ég be-, ietve kivezetı nyíás, 9. szigetet téner odafa, 1. szigetet téner mennyezet, 11. nafény árnyékoó 2) A besı hıcseréı és vezérı egység kiaakítása módosításokat igénye (1. ábra), így a beömı nyíás és a kiömı nyíás magassági ontjának megvátoztatása, vagy a kimeneti nyíás eé égtereı eheyezése, meye a evegı a heyiségen beü cirkuációra kényszeríthetı, ezze a hıátadási hatásfokok nı. 3) A rendszer hasznáata mindenféekéen gazdaságos, miközben viamos energiát takarít meg, energia-kaacitást is feszabadít, tehát az adott ténerhez és átjátszó áomáshoz további mőszerek hasznáhatók vagyis a funkció bıvühet anékü, hogy újabb véteezési igényt kötnénk e a viamosháózatbó. (Ennek tetemes kötsége is megtakarítható). 4) A berendezés a kisebb energiafehasznáása révén környezetkíméı, hiszen az akamazása révén mintegy 75 kg/év CO 2 kibocsátás kerühetı e. 6. IRODALOM 1) Thorhasson, S. - Ragnarsson, A. (1992): What is geotherma steam. Geothermics, 21. k. 5/6.sz. okt./dec ) Hunyár M. - Schmidt I. - Veszrémi K. - Vincze Gy.-né (21): A megújuó és környezetbarát energetika viamos géei és szabáyozásuk. (339 o.) Muegyetemi Kiadó, Budaest. ISBN ) 4) 5) 6) Gödöı