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.
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 ( 4 5 8 5 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)
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:
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.
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 88 355 7685 K K (8) 0 K A 359 7685 K 3085 F N
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 5.000 [] (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 [%] 80 6904 58 386 656 8 750 980 445 6649 8 7597 344 504 6777 83 7944 3904 564 6900 84 89 4366 63 709 85 8637 488 683 735 86 8984 590 74 746 87 933 575 797 7338 88 9678 63 845 7396 89 004 6675 896 7468 90 037 737 948 7539 9 078 7599 06 7669 9 065 806 076 7769 93 4 853 37 7867 94 758 8985 97 796 95 05 9447 57 805 96 45 9909 36 837 97 798 3037 375 8 98 345 30833 435 8305 99 349 394 504 849 00 3838 3756 543 8430 0 485 38 543 834 0 453 3680 543 80 03 4879 334 543 8094 04 55 33604 543 7989 05 557 34066 543 7887
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.
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 85-9 http://www.geoen.unideb.hu/edia/docuent/abopcios_hutogepek_(wokshop).pd 0.08.3 9: http://www.anyo.hu/pic/teekek/3_/3 /cogenie-hot%0wate.pd 0.08.. 0:49