GEOTERMÁLIS ENERGIÁVAL MŰKÖDTETETT ABSZORPCIÓS HŰTŐGÉP ÉS HŐELLÁTÓ VEZETÉKÉNEK ENERGETIKAI ELEMZÉSE A HŐFORRÁS HŐMÉRSÉKLETÉNEK SZEMPONTJÁBÓL

Átírás

1 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay GEOEMÁLIS ENEGIÁVAL MŰKÖEE ABSZOPCIÓS HŰŐGÉP ÉS HŐELLÁÓ VEZEÉKÉNEK ENEGEIKAI ELEMZÉSE A HŐFOÁS HŐMÉSÉKLEÉNEK SZEMPONJÁBÓL SZABÓ Gábo űaki oktató ebeceni Egyete Műaki Ka; l.abo.gabo@eng.unideb.hu Kulcsaak: Abopciós hűtés teokéiai hatások hőezeték hőetesége. Abstact: Pesent aticle analyses the syste o absoptie eigeato unning by geotheal enegy. It analyses the theocheisty eicacy o the selected absoptie eigeato in the unction o the heat loss o distict heating pipe.. Abopciós hűtőgépek A hűtőgépek négy ő éből épülnek el: kopeso elpáologtató kondenzáto és expanziós gép. Az abopciós hűtőgépeknél a kopeso egy teokéiai kopeso le ai aga is 4 ő éből áll: abobe kiűző ojtás és oldatkeingtető iattyú. Az abopciós hűtőgépben egalósuló kolyaatot a ketkező ódon lehet leíni: Az alacsony nyoású elpáologtatóban elpáolog a hűtőkzeg elynek hőéséklete 4-5 [ C]. A páolgáshoz ükséges hőt a hűtendő kzegtől onja el aely így lehűl. Ezáltal egalósul a gép űkdtetésének elsődleges célja. Az elpáologott hűtőkzeg a kialakuló gőz nyoáskülnbség hatásáa az abobebe áalik. Itt a hűtőkzeg kb. 7-3 [ C]-on kondenzálódik és elnyelődik az abobe anyagban. A kondenzálódásko hő abadul el elyet a hűtőtoony elől ékező hűtőízzel ezetünk el. Az abobeben keletkező hűtőkzeg-abobe anyag cseppolyós oldatát az úgyneezett gazdag oldatot az oldatkeingtető iattyú állítja a nagynyoású kiűzőbe. A kiűzőben étálatjuk a gazdag oldatot hűtőkzeg gáza és hűtőkzegben egény oldata. Ennek elééséhez űtőkzeg segítségéel hőt iünk be a kiűzőbe. A egény oldatot egy ojtáson keetül isaezetjük az abobebe. Az enegia isanyeés céljából a kiűzőbe aló belépés előtt a gazdag oldatot elő okás elegíteni a kiűzőből táozó egény oldat hőenegiájáal. A kiűzőből táozó nagynyoású és oó hűtőkzeg-gáz a nagynyoású kondenzátoba áalik ahol kzel 37-4 [ C]-on kondenzálódik. A elabaduló hőt az abobe elől ékező hűtőízzel állítják el a hűtőtoony iányába. A kondenzálódott hűtőkzeget egy expanziós gépen (általában ojtáson agy teotatikus adagolón) keetül isajuttatják az elpáologtatóba ahol a olyaat kezdődik ellől. A hűtőkzeg és az abobe anyag eint sokéle abopciós hűtőgép létezik. Ezek kzül jelenleg két típus áít eltejedtnek. Az egyik aónia hűtőkzegű és íz abobensű íg a ásik íz hűtőkzegű és lítiu-boid abobensű.

2 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay Az abopciós hűtőgépek hatékonyságának leíásáa tbb egoldás is létezik de a legegelelőbb a teokéiai hatások: N 0 K K [%] () K 0 A F N Ahol a belépő hűtőíz hőésékletétől üggő tényező [-] a hőoás hőésékletétől üggő tényező [-] a gyátó által egadott néleges hűtőkapacitás [k] F N N a gyái katalógus alapján a N néleges hűtőkapacitás előállításához ükséges néleges űtőteljesítény [k] 0 az elpáologtatási hőéséklet [K]; a kondenzációs hőéséklet [K]; A az abopciós hőéséklete [K]; K a kiűzés hőéséklete [K].. áhőezetékek hőetesége. alajba ektetett előigetelt csőezeték Az itt ketkező seüggésekben ( egyenletekben) eeplő geoetiai kiejezések jelentését elélteti az. ába. Egy általános csőezeték hőezetési ellenállása: cső cső ln d K Ahol d a csőezeték belső átéője []; a csőezeték külső átéője []; cső a cső anyagának hőezetési tényezője [/ K]. bb étegű cső esetén az ses hőezetési ellenállás az egyes ellenállások sege: K cső Ahol cső a cső hőezetési ellenállása [ K/]; a hőigetelő éteg hőezetési ellenállása [ K/]; a édőéteg hőezetési ellenállása [ K/]. () (3)

3 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay. ába a) bbétegű csőezeték jellései b) alajba ektetett csőezetékpá jellései A ükséges behelyettesítéseket a () seüggésbe a csőezeték ses hőátbocsátási ellenállásáa ketkező seüggést nyehetjük: cső i d d ln ln ln K (4) Ahol i a hőátadási tényező az áaló kzeg és a csőezeték belső elülete kztt [/ K]; a hőigetelő éteg átéője []; a édőéteg átéője [] a igetelés anyagának hőezetési tényezője [/ K] a édőéteg anyagának hőezetési tényezője [/ K]. A ldtakaó hőátbocsátási ellenállása: h a cosh K (5) Ahol a talaj hőezetési tényezője (átlagos étéke kb. 6 [/ K]); h a csőezeték talajedése []; ekialens hőátbocsátási ellenállás (=00685 [/ K]). Csőezeték pá esetében küln kell izsgálni az előeenő és isatéő ezetéket. Így a hőeteség az előeenő illete isatéő [] hosú csőezeték esetén: e e (6) e e (7) Ahol az előeenő a isatéő [] hosú csőezeték ajlagos hőetesége [/] az előeenő a isatéő űtőíz hőéséklete [K] e a knyezet hőéséklete [K] az előeenő a isatéő csőezeték ldtakaásának hőátbocsátási tényezője [ K/] az előeenő a isatéő csőezeték hőátbocsátási ellenállása [ K/]. Az étéke a hőellenállás egyása hatásából áazik étéke:

4 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay ln 4 h c K Ahol c a csőezetékpá külső palástjának táolsága []. A csőpá ses hőetesége [] csőe onatkoztata: tot A csőpá ses hőetesége: (8) (9) O O L [] (0) Ahol L a izsgált csőaka hosa [].. Védőcsatonában elhelyezett ezeték A édőcsatona kisebb légtee a hőeteség alakulásáa áotteő beolyással an. A ezeték által leadott hő a csatona ááa hőoás a ely a talaj hőellenállása útján tanpotálódik a talaj táolabbi éébe illete a ldelíne. A hőeteség áításának alapja a csatona hőélege. A gyakoibb kétezetékes endet ée alapul a hőélegük a (9) egyenlet eint alakul Az előeenő ezeték és a isatéő ezeték által leadott ajlagos hőennyiségek étéke: cs () cs Ahol cs a csatonában ualkodó hőéséklet [K]. A csatona által leadott hőennyiség: cs e cs () (3) Az és áításánál a külső oldali e hőátadási tényező étéke 6 8 [/ K] kztti. A (4) (5) és (6) seüggésekből: e cs C t (4) A (4) seüggéssel áítható a hőéséklet a csatonában ajd behelyettesíte a () és () seüggésekbe eghatáozható az előeenő és a isatéő csőezeték ajlagos hőetesége.

5 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay.3 Szabadon ezetett csőezeték A abad ezetékek esetében a cső a palástelületén hőt ad le a knyező leegőnek aennyiben a knyezeti t e hőésékletnél agasabb hőésékletű kzeg állításáa olgál. A ezeték hőeteségét a kpeny és a knyező leegő kztti e hőátadási tényező is beolyásolja. A külső oldali hőátadási tényező a légáalás sebességétől üggő éték. A kzeg és a knyezete kztti hőtanpot áításánál a ketkező ses hőátbocsátási ellenállással kell áolni: e cső ln ln d ln A ajlagos hőeteség az előeenő illete isatéő ezetéknél: e K (5) (6) e (7) 3. A izsgálat tágyát képező ende A izsgálatokat egy eléleti endeen keetül izsgálo. A geoteális enegiáal űkdtetett abopciós hűtőgép endeét egy 5000 [] hosú csőezetéken keetül tápláljuk eg hőenegiáal. Ennek a csőezetéknek a hőeteségét izsgálo külnbző előeenő hőésékletek illete külnbző csőektetések esetén (talajba ektetett előigetelt csőezeték illete édőcsatonában eelt csőezeték). Ezenkíül izsgálo ég azt is hogy a egáltoztatott előeenő űtőíz hőéséklet ekkoa hűtőteljesítény és teokéiai hatások áltozást idéz elő állandó űtőíz hőoklépcső ellett. A izsgált abopciós hűtőgép egy heax L 65 S típusú elegíztáaú abopciós hűtőgép. A néleges hűtőteljesíténye 88 [k] ennek előállításához 359 [k] néleges űtőteljesítény ükséges. A hűtőgépet tápláló űtőíz hőoklépcsője 0 [ C]-os és a 00 [] néeleges átéőjű csőben [/s] sebességgel áalik így a állított téogatáa 6 [ 3 /h]. A hidegenegiát egy 350 [ 3 /h] téogatáaú hűttt íz ezeti el aelynek 7 [ C]-os az előeenő és [ C]-os a isatéő hőéséklete. A gép űkdése soán elabaduló hőt a 630 [ 3 /h] téogatáaú hűtőíz állítja a hűtőtoonyhoz. A hűtőtoonyba belépő íz hőéséklete 345 [ C] az onnan táozóé 8 [ C]. Eiatt a belépő hűtőíztől üggő η étéke 0 [%] le. A gép kondenzátoában 4 [ C] abobeében 35 [ C] íg az elpáologtatójában az előít 37 [ C] ualkodik. A kiűzőben ualkodó hőésékletet jó kzelítéssel a űtőíz kzéphőésékletée ehető. A enti adatok alapján a izsgálatok soán a gép teokéiai hatásoka a ketkezőképen alakul: N 0 K K K (8) 0 K A K 3085 F N

6 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay 4. A teokéiai hatások és a hőeteség alakulása a űtőíz hőésékletének üggényében Az abopciós hűtőgépet és a izsgálat soán idealizált kutat sektő táezeték [] (előeenő és isatéő ezeték együtt) hosú. A csőezeték átéője a nyoonal entén állandónak ette. Az átéője 00 [] átéőjű igetelt acél csek. Elhelyezésüket tekinte ldbeektetett előigetelt (. eset) és a édőcsatonában eelt (. eset) csőezetékpá esetét izsgálta küln-küln. A izsgált csőezetékek igetelésének anyaga kőzetgyapot paplan. A ldbeektetett előeigetelt illete édőcsőben eelt csőezetékeknél a talajedés éete []. Ezen adatok és a ()-(7) egyenletek adják az. táblázatban eeplő hőeteség étékeket.. táblázat A táezeték hőetesége külnbző elhelyezéseknél illete az abopciós hűtőgép teokéiai hatásoka az előeenő űtőíz hőésékletének üggényében Előeenő hőéséklet [ C] Hőeteség. eset [k] Hőeteség. eset [k] Nyehető hűtőteljesítény [k] eokéiai hatások [%]

7 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay A áítások soán 0 [ C] hőoklépcsőjű űtőizet tételezte el. és konstans 6 [ C] külső hőésékletet. Az. táblázatban eeplő étékeket jobban elélteti a 3. ába:. ába Az abopciós hűtőgép teokéiai hatásoka a táhőezeték hőetesége a űtőíz hőésékletének üggényében Az. táblázatból kitűnik hogy az eléhető legnagyobb hatásoknál a legnagyobb axiális hűtőteljesítényt tudjuk leenni a gépől. A. ábán olytonos onallal a teokéiai hatások áltozását jellte a aggatottal a talajba ektetett előigetelt csőezeték hőeteségét ábázolta a pontonallal pedig a édőcsatonában eelt csőezeték hőeteségének alakulását utatta be az előeenő űtőíz üggényében. A. ábáól leolasható ég hogy ez az abopciós hűtőgép 983 [ C]-nál éi el a axiális hatásokát. Az adott külények kztt ezen a hőésékleten tud a legnagyobb hűtőteljesítény leadni. Ha toább neljük a űtőíz hőésékletét és ezáltal a beitt űtőteljesítényt a gép ne le képes tbb hűtőteljesítényt leadni. Ennek a kolátnak ekezeti kolátai annak. Mint látható a táhőezeték és a űtőíz hőésékletének kapcsolata lineáis. Azaz inél nagyobb az előeenő űtőíz hőéséklete annál nagyobb le a hőeteség is. Másaakkal onda ha az abopciós hűtőgép jobb hatásoka édekében egneljük a táhőezetékben állított űtőíz hőésékletét áolnunk kell a lineáisan nekő hőeteség jelentős étékéel is. Ezt a jelenséget ézékelhetőbben íja le a 3. ába ahol a eeencia pont a 80 [ C] előeenő űtőíznél előállítható állapot.

8 7 th Building Seices Mechanical and Building Industy ays Intenational Coneence 3-4 Octobe 0 ebecen Hungay 3. ába A hőeteség és hűtőteljesítény nekedés a eeenciaponttól a űtőíz hőésékletének üggényében 5. Öseoglalás Jelen cikk célja az olt hogy a geoteális enegiahodozóal ellátott táhőezeték hőeteségét és az abopciós hűtőgép teokéiai hatásokát izsgálja a űtőíz hőésékletének üggényében egy egyeűsített odell segítségéel. Ez a odell ne e igyelebe olyan dolgokat int például hogy a teljes endee ne egy hane tbb abopciós hűtőgépet illete ogyatót is á lehet ktni (áltozó csőátéőt eedényeze) agy a ogyatói oldalon az időben áltozó hűtési igényeket. Mindezt annak édekében hogy egy aánylag egyeű odellt elállíthassak. A odellt a későbbiekben eetné kzelíteni a alóságos endeekhez. Annak eghatáozása hogy ennyiel édees a űtőíz hőésékletét egeelni anélkül hogy á gazdaságtalan legyen nagyban beolyásolja a geoteális enegia kinyeésének és a hidegenegia pillanatnyi áa. Mindezen hiányosságok ellett ez a ende egy jó kiindulópontja lehet a későbbi kutatásoknak. Felhanált akiodalo Hoonnay Gygyné. (003): áűtések Műegyetei kiadó Budapest Magyaoág pp : /cogenie-hot%0wate.pd :49