Programová řešení základních úprav vlhkého vzduchu. Část 1 ze 2.

Aktualizační poznámka: V článku byl přehled některých programů ke stažení zdarma opraven vynecháním již nefunkčních.

Úvod

Základním prostředkem pro návrh klimatizačních zařízení (KZ) jsou psychrometrické výpočty. Pojmem psychrometrické výpočty rozumíme analyticko-grafické řešení úloh tepelně-vlhkostní úpravy vzduchu za účelem optimálního dimenzování prvků klimatizačních zařízení. KZ se obvykle dimenzují pro 2 letní extrémní stavy vzduchu (při maximální teplotě a současně maximální a minimální vlhkosti vzduchu) a jeden zimní extrémní stav.

Velikost klimatizačního zařízení se převážně určuje podle letního provozu a jemu se potom přizpůsobuje zimní provoz. Je to dáno obvykle většími nároky na odvod tepelně-vlhkostní zátěže v létě, než-li na eliminaci tepelných ztrát v zimě.

Postupy návrhu jsou pro jednotlivé typy KZ různé. Například pro regulování vlhčícího efektu praček vzduchu se používá obtok pračky vzduchu. Dále pak za účelem zmenšení pracovního rozdílu teplot t_i-t_p se provádí úplný obtok KZ a to buď obtokem oběhového vzduchu, nebo obtokem směsi čerstvého a oběhového vzduchu. Některé příklady těchto sestav KZ jsou uvedeny níže.

Obr. 1a) Sestava KZ - s obtokem pračky vzduchu

Obr. 1b) Sestava KZ - se směšováním vzduchu

Obr. 1c) Sestava KZ - s obtokem oběhového vzduchu

Obr. 1d) Sestava KZ - s obtokem smíšeného vzduchu

Legenda použitých schematických značek

Uvážíme-li, že úprava vzduchu může být i vícestupňová a do KZ lze ještě na vybrané pozice začlenit různé systémy vlhčení a odvlhčení, systémy pro zpětné získávání tepla (ZZT) a další, vychází nám velké množství variant KZ a tím i velké množství postupů jejich navrhování. Pro řešení těchto úloh se tedy jeví výhodné mít k dispozici jistý programový výpočetní prostředek - výpočtový software.

1. Volně přístupné výpočetní programy pro řešení úprav vzduchu

Následující programy jsou vybrány z volně přístupných programů pro řešení úprav vzduchu v České republice.

Software VentiCAD byl sestrojen jako pomocný program výběru vhodného zařízení VZT projektů. Převážně je určen pro VZT projektanty, obchodní zástupce a technickou podporu.

Aplikace S&P Duct Calculator pro Android i Apple je dostupná ve španělském a anglickém jazyce včetně českého manuálu. Usnadňuje výpočty VZT parametrů potrubí ve 4 kategoriích, a to Výpočet ekvivalentního průměru – kruhové / čtyřhranné potrubí, Výpočet vzduchových parametrů, Výpočet tlakové ztráty a Převod jednotek.

Další programy jsou zdarma ke stažení například na adrese: http://www.cic.cz/ke-stazeni/. Slouží k výpočtům stavů a stavových změn vzduchu, k určení energetických toků a toků vzduchu a vodní páry při stavových změnách.

Program na výpočet bodů v h-x diagramu si lze stáhnout například zde http://www.cic.cz/ke-stazeni/.

2. Diagramy pro řešení psychrometrických úprav vzduchu

Výchozím pro řešení psychrometrických úprav vzduchu je diagram vlhkého vzduchu. Diagramů vlhkého vzduchu je více typů a lze je členit podle několika kritérií. Dle zvolených veličin pro jejich konstrukci jsou to diagramy h - x, t - x, apod. Dle úhlu hlavních os jsou to diagramy konstruované v pravoúhlých, nebo obecně kosoúhlých souřadnicích. Další členění může být například podle použitých fyzikálních jednotek, zvolených měřítek jednotlivých os, apod.

Hlavním kritériem pro volbu digramu vlhkého vzduchu je samozřejmě jeho přehlednost, tedy vhodnost pro konkrétní uvažovanou úlohu. Typickým diagramem, který se v současnosti u nás používá je tzv. Mollierův psychrometrický diagram. Je pojmenovaný po R. Mollierovi (1923). Některými autory je též nazýván jako Ramzin - Mollierův diagram. Jde o diagram v souřadnicích h - x, kde měrné vlhkosti jsou vynášeny na vodorovné ose a křivky měrné entalpie s nimi svírají jistý úhel (obvykle 135°). Je konstruován tak, aby postihl úpravy vzduchu vztažené vždy na 1kg suchého vzduchu. V tomto diagramu je izoterma o hodnotě 0 °C zvolena jako kolmá na síť čar konstantních měrných vlhkostí. Tento směr má samozřejmě pouze v oblasti nenasyceného vzduchu. Dalším diagramem vlhkého vzduchu, používaným v anglosaské literatuře vychází z práce W. H. Carriera (1911). Byl původně konstruován v souřadnicích t - x, avšak po úpravě, kterou provedla společnost ASHRAE, je v současnosti konstruován také v souřadnicích h - x. Oproti Mollierově digramu má však jinou orientaci os. Jako kolmá izoterma byla zvolena ta s hodnotou 50°C.

Všechny diagramy vlhkého vzduchu jsou konstruovány pro určitý tlak vzduchu. Obvykle je to atmosférický tlak vzduchu. V diagramech bývají též zakresleny křivky konstantní objemové hmotnosti vzduchu, či křivky odpovídající měrnému objemu vzduchu.

Obr. 2a) H - x diagram pro tlak 100 kPa

Obr. 2b) H - x diagram pro tlak 50 kPa

Obr. 2c) H - x diagram pro tlak 100 kPa a kolmou izotermu 50°

Volně uživatelné programy používají většinou Mollierův h - x diagram, upravený pro psychrometrické výpočty s kolmou izotermou o hodnotě 0°C.

Některé tyto diagramy jsou konstruovány jednodušeji a přesně nevystihují všechny vlastnosti vlhkého vzduchu. Obvykle je to v oblastech, kde se běžně úpravy vzduchu neřeší. Například v oblasti přesyceného vzduchu, tedy při relativní vlhkosti větší než 100 % bývají izotermy z důvodu zjednodušení konstrukce h -x diagramu protaženy dále, přestože správně by se zde jejich směrnice měla měnit. V projekční praxi se obvykle stavům vzduchu v oblasti přesyceného vzduchu vyhýbáme, proto také nebývá tato oblast v h - x diagramu přesněji zpracována. Některé z volně použivatelných programů umožňují konstrukci diagramu dle zvolených referenčních izoterem. Nejčastěji se volí izotermy o hodnotě 0°C, nebo 50°C.

Obr. 3) h - x diagram dle ASHRAE

V diagramu dle ASHRAE jsou zakresleny namísto křivek měrného objemu křivky hustot vzduchu.

Literatura

[1] CHYSKÝ J., HEMZAL K., A KOLEKTIV TP VĚTRÁNÍ A KLIMATIZACE, BRNO: BOLIT-B PRESS, 1993, ISBN 80-901574-0-8
[2] FERSTL K., DIMENZOVANIE KLIMATIZAČÝCH ZARIADENÍ, SKRIPTUM BRATISLAVA: 1989
[3] SZÉKYOVÁ M., FERSTL K., NOVÝ K., VETRANIE A KLIMATIZÁCIA, JAGA, BRATISLAVA: 2004
[4] ŠIKULA O., NUMERICKÉ ŘEŠENÍ PSYCHROMETRICKÝCH ÚPRAV PŘI MOKRÉM CHLAZENÍ, SBORNÍK Z KONFERENCE VETRANIE A KLIMTIZÁCIA 2004, LIPTOVSKÝ MIKULÁŠ, BRATISLAVA: SPOLOČNOST PRE TECHNIKU PROSTREDIA, 2004
[5] DIETER B. H., TERMODYNAMIK: GRUNDLAGEN UND TECHNISCHE ANWEDNUNGEN, SPRINGER BERLIN: 2002