Komfort hűtések egyes műszaki, tervezési kérdései I. Klímaberendezések, folyadékhűtők hűtéstechnikai jellemzői
I/1.Hűtőkörfolyamanatok klímaberendezésekben
Alapfogalmak Hűtőközegek T-s diagrammja Fizikai mennyiségek: hőmérséklet - T [ºC] entrópia - s [kj/kgk] folyadék-tartalom - x [kg/kg] nyomás - p [bar] fajtérfogat - V[m3/kg] Folyadék Nedves gőz Túlhevített gőz entalpia - h [kj/kg] A hőmennyiségeket és a technikai munkát területek jelenítik meg.
Alapfogalmak Hűtőközegek log p/h diagrammja Folyadék Nedves gőz Túlhevített gőz Fizikai mennyiségek: hőmérséklet - T[ºC] entrópia - s [kj/kgk] folyadék-tartalom - x [kg/kg] nyomás - p [bar] fajtérfogat - V [m3/kg] entalpia - h [kj/kg] A hőmennyiségek és a technikai munka (az entalpia-különbségek) egyenes szakaszokkal ábrázolhatók.
Alapfogalmak A hűtőkör-folyamat jellegzetes pontjai, és a hűtőközegekkel szemben támasztott főbb követelmények Folyadék Nagy párolgáshő az alacsony tömegáram érdekében p kond túlhűtés kondenzáció túlhevítés Kis fajtérfogat gőz állapotban, a kis gépméretek miatt Minél kisebb kondenzációs nyomás a p elp expanzió elpárolgás A kompresszor által előállított nyomáskülönbség [bar] szilárdság miatt A kritikus hőmérséklet és a dermedéspont essen távol a körfolyamattól Az olajat kevéssé oldja A hűtéssel elvont fajlagos hőmennyiség: h [kj/kg] Túlhevített gőz Vegyileg stabil legyen A szerkezeti anyagokat ne támadja meg Ne legyen tűzveszélyes, mérgező
Tipikus hűtőkörök Egyfokozatú hűtőkörfolyamat Folyadék w komp =461,91-415,01=46,9kJ/kg p kond 4 túlhűtés 4 kondenzáció túlhevítés 3 2 JÓSÁGFOK hűtés = q hűt /w komp q hűt +w komp =q kond p elp expanzió 5 elpárolgás A hűtéssel elvont fajlagos hőmennyiség: q hűt = h [kj/kg] 6-1 6 Kompressziós munka - w [kj/kg] A kompresszor által előállított nyomáskülönbség [bar] Túlhevített gőz JÓSÁGFOK fűtés = q hősziv /w komp (Q = q x m)
Hűtőköri méretezések Szabadon letölthető hűtőköri méretező program: http://www.solvaychemicals.com/en/products/fluor/software.aspx
COP a hőnyerő közeg hőmérséklete a hőleadó(k) hőmérséklete, illetve a hővisszanyerés tekintetében Összegzés: 1. Minden egyes ºC elpárolgási hőfok emeléssel körülbelül 2-3 %, és 2. minden egyes ºC kondenzációs hőfok csökkentéssel körülbelül 3-4 % energiamegtakarítás érhető el.
I/2.Kompresszorok
Kompresszorok Dugattyús kompresszorok Szabályozás Fordulatszám szabályozás: egyszerű, de hajtógép függő, a ford. szám nem csökkenthető sokkal Állandó fordulatszám melletti szabályozások: ki-be kapcsolás (nagy gyűjtőtartály) lökettérfogat szabályozásával (bolygótárcsás komp.-nál) szívószelep kitámasztása szívóvezeték fojtása szívóvezeték lezárása (teljes fojtás) by-pass pót káros-tér beiktatása
Kompresszorok Kompresszorok hatásfoka Dugattyús kompresszorok λ, η i jelleggörbe-tartománya
Kompresszorok Scroll kompresszorok Jellemzők: - magas hatásfok - egyszerű felépítés, kevés alkatrész - egyenletes (nem lüktető) gázszállítás - nincs káros tér - nincsenek rezgések, nincs zaj - kis méret és tömeg - fordulatszám szabályozással, és tárcsa kiemeléssel szabályozható
Inverter technologia: előnyök A frekvencia és a feszültség koordinálja hogy a nyomatékot és a szállítást fenntartsa a szabályzás során 280 240 VOLTS 130 30 60 80 120 FREQUENCY Fixed Scroll Low Pressure High Pressure Orbiting Scroll Low Pressure Before operation During operation
Kompresszorok Csavar kompresszorok - kenéses (olaj és víz) és kenésmentes változatok - nagy axiális terhelés - egyenletes (nem lüktető) gázszállítás - nincs károstér - nincsenek rezgések - fordulatszám: 6000-25000 1/perc Szabályozás: - fordulatszám szabályozás - szívóvezeték elzárása - szívóvezeték fojtása - ki-be kapcsolás - csúszó- vagy forgószelepes megoldás
Kompresszorok Rotációs - gördülődugattyús kompresszor - kenéses és kenésmentes változatok - nincs axiális terhelés - egyenletes (nem lüktető) gázszállítás - nincsenek rezgések - hosszú élettartam, kis karbantartásigény - magas, konstans vagy növekvő volumetrikus hatásfok a teljes szabályozott tartományban - fordulatszám: 1450-2200 1/perc - szállítás: 40-2100 m3/h
I/3. Hővisszanyerés a hűtéstechnikában
MIRŐL BESZÉLÜNK? Szivárgásvizsgálatra kötelezett hűtőberendezések (Q hűtő <10kW) hozzávetőleges száma Magyarországon: 35.000 db (HKVSZ). Az átlag 25 kw hűtőteljesítménnyel rendelkező géppark becsült energiafelhasználása: ~700 GWh/év (PAKS ~ 15427 GWh/2009) A reálisan visszanyerhető hőenergia kb.: a fenti 30%. ~210 GWh/év ~3.000.000.000,- Ft/év megtakarítás Oka: a hűtés és a hőtermelés (fűtés, HMV) energia igényének korlátozott időbeni átfedése.
REÁLIS CÉLOK 1. MelegVíz előállítás, illetve előfűtés: óvodák, iskolák, kórházak, rendelőintézetek, konyhák, szociális létesítmények, HMV ellátása 2. Technológiai melegvíz előállítás, illetve előfűtés: ipari fogyasztók 3. Nagy belső hőfejlődésű és/vagy kis hőtehetettlenségű üveghomlokzatos épületek hűtése-fűtése: irodaház, könnyűszerkezetes épületek 4. 4 csöves fan-coilos rendszerek hűtése-fűtése: irodaházak, kórházak 5. Légtechnikai rendszerek elő- illetve utófűtőinek hőellátása: légkezelők kultúrházak, mozik, színházak, sportlétesítmények
A TELJES VISSZANYERHETŐ HŐMENNYISÉG=KONDENZÁCIÓS+TÚLHEVÍTÉSI kj/kg A KONDENZÁCIÓS HŐMENNYISÉG kj/kg A TÚLHEVÍTÉS MIATT VISSZANYERHETŐ FAJLAGOS HŐMENNYISÉG kj/kg A HŰTÉSSEL ELVONT FAJLAGOS HŐMENNYISÉG kj/kg q hűt +w komp =q kond =q visszanyert =(q hősziv ) JÓSÁGFOK= q hősziv /w komp (Q = q x m) EGY KIS TERMODINAMIKA
COP - COP - COP EGY KIS TERMODINAMIKA COP és EER = Q hasznos / E befektetett EER = Q hűtés / (W komp. + E segédenergia ) COP = Q hősziv. / (W komp. + E segédenergia ) COP hővisszanyer. = (Q hősziv + Q hűtés ) / (W komp. + E segédenergia ) COP hővisszanyer. = (Q hűtés + W komp. + Q hűtés ) / (W komp. + E segédenergia ) COP hővisszanyeréssel»» COP Példa a Galletti MCP 009 multifunkciós hőszivattyúval: EER hűtés = 9.5kW / (2,885 + 0,135) = 3,36 COP hővisszanyer. = (9.5kW + 2,885kW + 9,5kW) / (2,885 + 0,135) =7,24! COP hővisszanyer. = 2,15 X EER COP hővisszanyer. = 2,08 X COP
TÚLHEVÍTÉSI HŐVISSZANYERÉS VÍZ: 50/60ºC R410A 80ºC 50/60ºC R410A 50ºC 25-30% nyerhető vissza Magas fűtővíz hőmérséklet Legjobb az R410A
TELJES HŐVISSZANYERÉS VÁLTÓSZELEP ELPÁROLOGTATÓ 45/40ºC KONDENZÁTOR 100% visszanyerhető Alacsonyabb fűtővíz hőmérséklet Minden hűtőközegnél ideális
TÚLHEVÍTÉSI HŐVISSZANYERÉS 25-30% nyerhető vissza Magas fűtővíz hőmérséklet, HMV-hez is alkalmas Egyszerű kialakítás, vezérlés Gazdaságos üzemeltetés: melegvíz kvázi ingyen, a hűtés jóval gazdaságosabb HCS primer old.: R410A túlhevített gőz: 78/49ºC Thcs Thmv Hőcserélő szekunder oldal: 55/45ºC glikol-víz keverék
Légtechnikai rendszerek hővisszanyerése osztott levegő-levegő hőszivattyúkkal I. Elpárologtató T elp =30ºC Kidobott: T=-8ºC; φ=99% Külső: T=-13ºC; φ=95% T=-2ºC; φ=82% Expanziós szelep 1.Befúvó ventilátor 2.Elszívó ventilátor 3.Rekuperatív hővisszanyerő η=67% Elszívott: T=20ºC; φ=15% T=9ºC; φ=17% Kondenzátor T kond =30ºC Kompresszor Befújt: T=20ºC; φ=8%
Példa: V=1.000 m 3 /h Légtechnikai rendszerek hővisszanyerése osztott levegő-levegő hőszivattyúkkal II. Kondenzátor 0,9 kw Rekuperatív Hővissz: 1,9kW Friss levegő η=67% P vent =0,15 kw Rekuperatív Hővisszanyerő:1,9 kw Elszívás, η=67% P ventilátor =0,15 kw Elpárologtató 0,8 kw P HSZel =0,21 kw Méretezési állapotban: A rekuperatív hővisszanyerő jóságfoka: 1,9/0,3=6,3 A teljes hővisszanyerésre vonatkoztatott jóságfok: 2,8/0,51= 5,5 Méretezési állapotban a COP=3,79 +4ºC-ban a COP=6,21
Műszaki javaslatok: ESZKÖZÖK, JAVASLATOK I. A fokozottabb hulladékhő hasznosítás (HHH) érdekében Központi vagy zóna központi klímarendszerek telepítése A hulladékhő fogadására alkalmasabb épületgépészeti rendszerek alkalmazása, pl. indirekt fűtésű tárolók, pufferek Alacsony hőmérsékletű HMV és fűtési rendszerek kialakítása: padlófűtés, falfűtés, szerkezet temperálás, fan-coilos rendszerek
ESZKÖZÖK, JAVASLATOK II. A fokozottabb hulladékhő hasznosítás (HHH) érdekében Közigazgatási, ill. szabványügyi javaslatok ösztönzők: A HHH beemelése az ép. energiahatékonyságáról szóló 2010/31/EK (régi: 2002/91/EK) irányelvbe: HHH alkalmazás kötelező vizsgálata A HHH beemelése a 2005/32/EK számú ökodizájn irányelvbe (termékek környezetbarát tervezése): hűtőberendezések, klímaberendezések esetén A HHH beemelése a 7/2006 (V.24.) TNM rendelet, 4.melléklet: Az alternatív energiafelhasználás vizsgálata előírása közé abban az esetben ha az épület nyári túlmelegedése meghaladja a szabványban rögzített értéket ( t bnyár 3 K nehéz ép.szerk. és t bnyár 2 K könnyű ép.szerk. esetén) A 264/2008 (XI.6.) kormány rendelet a Hőtermelő berendezések és légkondíciónáló rendszerek energetikai felülvizsgálatáról szól ahol előírják a rendszeres felülvizsgálatot a 12 kw-nál nagyobb teljesítményű klímaberendezésekre: a felülvizsgáló tegyen javaslatot a HHH kihasználására Az építésügyi szabványok írják elő a HHH alkalmazását új építésnél, bizonyos feltételek esetén (gazdaságosság)
Köszönöm a figyelmet! Tóth Tamás Műszaki tanácsadó-megújuló energiák 06-20/98-32-995 totht@columbus-klima.hu www.columbus-klima.hu