Úpravy vzduchu v klimatizačních zařízeních (VI)
Článek popisuje princip klimatizace při použití vícezónového klimatizačního systému s indukčními jednotkami (chladicími trámci). Důraz je kladen na konstrukci úpravy vzduchu pro zimní a letní provoz v h-x diagramu vč. grafického znázornění úpravy a stanovení výkonu výměníků.
7. Klimatizační systém s indukčními jednotkami (chladicími trámci)
V minulosti byl systém s indukčními jednotkami často kombinován s vysokotlakou klimatizací, což znamená, že ventilátory pracují s vyššími tlaky (vyšší rychlosti proudění v potrubí 12 až 20 m/s). Často se používaly indukční jednotky v parapetním nebo podlahovém (ležatém) provedení, které umožňovaly odvod kondenzátu. Příkladem jsou poměrně rozšířené jednotky IJK od společnosti LVZ z osmdesátých let minulého století, které v řadě budov fungují dodnes.
V dnešní době se častěji instalují jednotky podstropní (odtud chladicí trámce), které neumožňují odvod kondenzátu. K dopravě vzduchu většinou postačují ventilátory středotlaké, které musí překonat poměrně vysokou tlakovou ztrátu koncového prvku – indukční jednotky. Rychlosti proudění v potrubí se rovněž volí nižší (do 10 m/s), z důvodů akustických a energetických.
Na obr. 7.1 je schéma kombinovaného vícezónového klimatizačního systému vzduch–voda s indukčními jednotkami. Centrální klimatizační jednotka upravuje venkovní primární vzduch na celoročně konstantní teplotu tpr. Primární vzduch je přiváděn do indukční jednotky, která zajišťuje úpravu vzduchu v dané zóně (místnosti). Vzduch je do jednotky přiváděn přes trysku a vlivem indukce je z místnosti přisáván vnitřní oběhový (sekundární) vzduch. Poměr sekundárního a primárnímu vzduchu určuje indukční poměr i, který bývá v rozmezí 2–6. V indukční jednotce je výměník tepla (chladič a ohřívač – čtyřtrubkový rozvod), který upravuje sekundární vzduch dle požadavku. Po smísení v indukční jednotce je vzduch přiváděn do místnosti.
7.1. Letní provoz
Venkovní vzduch o stavu E je nasáván do centrální klimatizační jednotky, kde je celoročně upravován na konstantní teplotu např. tpr = 16 °C. V létě se jedná o chlazení vzduchu ze stavu E na stav primárního vzduchu Pr, který je přiváděn do indukční jednotky. Změna stavu vzduchu je dána povrchovou teplotou chladiče centrální jednotky tch. Vlivem indukce dochází k přisávání vnitřního, sekundárního vzduchu I, který je v jednotce ochlazován na stav vzduchu Sek. Ještě v jednotce se primární vzduch Pr smísí se sekundárním Sek na stav P, který je následně přiváděn do místnosti.
Konstrukce úpravy vzduchu v h-x diagramu – léto
- Stav E
- – stav venkovního vzduchu (extrém) definovaný te a he
- Bod CH
- – povrchová teplota chladiče tch, φ = 100 %
- Stav Pr
- – dáno teplotou primárního vzduchu např. tpr = 16 °C
- Stav I
- – dáno ti, měrná vlhkost vzduchu xi plyne z rovnice
kde je
- Mw
- – trvalá produkce vodní páry v místnosti (od lidí) [kg/s]
- Stav Sek
- – průtok sekundárního vzduchu je dán indukčním poměrem
- – citelný chladicí výkon primárního vzduchu
- – teplotu tsek určíme chladicího výkonu sekundárního chladiče
kde je
- Qz,c
- – citelná tepelná zátěž klimatizovaného prostoru [W]
- Stav P
- – směšování Vpr a Vsek
- Čára P-I
- – změna stavu vzduchu v místnosti
Stanovení chladicích výkonů
Celkový výkon chladiče vzduchu indukční jednotky je dán součtem citelného a vázaného tepla. Pokud na sekundárním chladiči nedochází ke kondenzaci (povrchová teplota chladiče je vyšší než teplota rosného bodu – „suché chlazení“), lze psát
a celkový výkon chladiče vzduchu klimatizační jednotky bude
Na sekundárním chladiči podstropní jednotky by nemělo docházet ke kondenzaci vodní páry (není většinou vybaven odvodem kondenzátu). Vodní páru je tak nutné z prostoru odvádět větracím vzduchem. Chladič vzduchu v centrální klimatizační jednotce se doporučuje navrhovat na extrémní stavy venkovního vzduchu tj. te = 30 °C a he = 70 kJ/kg (Praha 2003) a kontrolovat odvlhčení na jednotce i pro jiné stavy vzduchu (např. te = 32 °C a he = 58 kJ/kg). Při návrhu chladiče centrální jednotky se doporučuje volit víceřadé výměníky a nižší rychlosti proudění vzduchu jednotkou.
7.2. Zimní provoz
Venkovní vzduch o stavu E je nasáván do klimatizační jednotky, kde je celoročně upravován na konstantní teplotu. Nejprve se vzduch předehřívá ve výměníku zpětného získávání tepla na stav ZZT a poté dohřívá na teplotu primárního vzduchu tpr – E´. V parním zvlhčovači dojde k jeho navlhčení na požadovaný stav primárního vzduchu Pr, který je přiváděn do indukční jednotky. Vlivem indukce dochází k přisávání vnitřního, sekundárního vzduchu I, ten je v jednotce ohříván na stav vzduchu Sek. Ještě v jednotce se primární vzduch Pr smísí se sekundárním Sek na stav P, který je následně přiváděn do místnosti.
Konstrukce úpravy vzduchu v h-x diagramu – zima
- Stav E
- – dáno: te = te,výp − 3 = −15 °C (pro Prahu), φe = 100 %
- Stav ZZT
- – tZZT je dána účinností výměníku zpětného získávání tepla
- Stav E´
- – ohřev vzduchu na te´ = tpr = 16 °C
- Stav I
- – ti je dáno, φi,min = 30 %
- Stav Pr
- – dáno tpr, měrná vlhkost xpr se stanoví obdobně jako v předchozím případě (produkce vodní páry od lidí je odlišná a závisí na ti)
- Stav Sek
- – průtok sekundárního vzduchu je dán indukčním poměrem i
- – chladicí výkon primárního vzduchu
- – potřebnou teplotu tsek určíme z otopného výkonu sekundárního ohřívače
kde je
- Qztr
- – tepelná ztráta prostoru [W].
- Stav P
- – směšování Vpr a Vsek obdobně jako v předchozím případě
- Čára P-I
- – změna stavu vzduchu v místnosti
Stanovení výkonů výměníků
Výkon ohřívače vzduchu v klimatizační jednotce bude
a výkon parního zvlhčovače bude
kde je
- l
- – výparné teplo [J/kg],
- c
- – měrná tepelná kapacita vzduchu [J/kgK].