Software

Psychrometrie

1. V okně zadání je třeba definovat teplotní a vlhkostní parametry interiéru a exteriéru. K dispozici je databáze klimatických veličin pro vybraná města v České Republice. Dále je třeba zadat průtok vzduchu, účinnost výměníku pro ZZT, bude-li použit a parametry primárních energií (topná a chladící voda nebo chladivo).
2. Nyní stačí v menu zvolit variantu s požadovanými úpravami vzduchu a v názorných schématech jsou již vypočteny výkony použitých výměníků a spotřeba topného nebo chladícího média, příp. páry pro vlhčení vzduchu. Vybrané zadávací hodnoty je možno ještě pro dosažení hledaných parametrů editovat. Úpravy vzduchu je možno znázornit v h-x diagramu. Vypočtené a zadané údaje si můžete samozřejmě ukládat a později se k nim vracet. Tento postup je patrný z následujících ukázek programu:

Izolace vzduchotechnického potrubí

Výpočet zahrnuje posouzení povrchové teploty a teploty rosného bodu pro posouzení rizika kondenzace na vnějším i vnitřním povrchu potrubí. Po zadání profilu potrubí (na výběr je hranaté i kruhové), příp. izolace zvolené tlouš»ky, průtoku vzduchu a teplotních a vlhkostních veličin včetně zjednodušené simulace prostředí ( ve kterém se vzduchovod nachází ) jsou vyčísleny povrchové teploty, rosné body a pokles teploty dopravovaného vzduchu na trase potrubí zvolené délky.

V okně Optimální tloušťka izolace – graf  je možné při zadání jednotlivých parametrů porovnat pořizovací cenu izolace oproti ceně tepla, které je nutno vynaložit na předehřátí vzduchu pro pokrytí tepelné ztráty nedostatečně izolovaného vzduchovodu. Na základě konkrétních klimatických podmínek (okno – Povrchová kondenzace) a parametrů cen je výsledkem optimální tloušťka izolace zjištěná jako minimum celkových nákladů vynaložených na zaizolování potrubí a nákladů za teplo pro předehřátí vzduchu za 1 otopnou sezónu za daný úsek vzduchovodu.

Tepelné chování místnosti / budovy

Cílem tohoto výpočtového modelu je simulace teplotních a vlhkostních poměrů v místnosti v čase. Vzhledem k náročnosti popisu dynamiky chování vyšetřovaného prostoru a to nejen při tvorbě patřičného programu, ale i při jeho ovládání, zůstává tato problematika většinou jen na akademické půdě. Cílem programu je tedy pokusit se zpřístupnit moderní metody zjišťovaní tepelného chování místností veřejnosti.

Modul Tepelného chování místnosti je prověřen jeho praktickým používáním už více jak 10 let. Výstupy z těchto simulací jsou využívány v technické praxi při návrhu systémů chlazení a vytápění. Výpočetní modul je i významnou pomůckou pro řešení fyzikálních problémů spojených s tvorbou bakalářských a magisterských prací při studiu na Ústavu TZB, Fakulty stavební, Vysokého učení technického v Brně.

Dynamický výpočet je postaven zejména na řešení diferenciální rovnice vedení tepla stavebními konstrukcemi tvoří hranici vyšetřovaného prostoru. Řešení této rovnice je převedeno na numerické diferenční řešení – Schmitova metoda.

Výsledkem výpočtu je průběh teploty vzduchu v místnosti a jeho relativní vlhkosti v závislosti na okrajových podmínkách a čase za období jednoho dne až 365 dní. Inverzní výpočet umožňuje naopak na základě předepsané teploty získat průběh tepelné a vlhkostní zátěže vyšetřovaného prostoru. Vzhledem k složitosti programu je nemožné na těchto stránkách podrobně popsat jednotlivé funkce a možnosti programu. Pro malý názorný příklad uvádíme pouze výpočtové okno s dvěma početními prvky a graf průběhů některých vybraných teplotních veličin (viz výše).

Chráněná úniková cesta

Praktický výpočet jednoho prostoru schodiště s návrhem potřebného přiváděného množství vzduchu při uzavřených dveřích schodiště a výpočtem potřebného rozměru otvoru (např. výklopného okna nebo uzavírací jednostranné klapky) s rozvinutou plochou přetlakového otvoru.

Odpar z hladiny

Zásadním úkolem při praktickém výpočtu je určení součinitele přestupu tepla, součinitele přestupu vázaného tepla v mezní vrstvě nad hladinou a také psychrometrické a energetické veličiny vzduchu a vody v různých vrstvách. Všechny tyto veličiny jsou závislé na základních okrajových podmínkách výpočtu. Tyto jsou:

pro vzduch

• teplota vnitřního vzduchu (°C)
• relativní vlhkost vnitřního vzduchu (%)
• rychlost proudění vzduchu nad hladinou (m/s)
• rychlost proudění vzduchu nad hladinou (m/s)

pro vodu

• teplota vody (°C)

Z uvedených okrajových podmínek je možné výpočtem určit další parametry stavu vzduchu jak v interiéru, tak v mezní vrstvě nad hladinou. Jedná se zejména o:

pro vzduch

• teplota mokrého teploměru (°C)
• tlaky sytých par v rosném bodu a v bodě mokrého teploměru (Pa)
• měrné vlhkosti (g/kg) a entalpie (kJ/kg)

pro vodu

• teplota (°C)
• teplota (°C)
• tlak syté páry, měrná vlhkost, entalpie vody, entalpie vzduchu, součinitel odparu (g/s.m²), součinitel přestupu tepla (W/m².K) )

Na základě veličin určujících fyzikální podmínky v mezní vrstvě a aplikaci Fickova zákona je možné vypočítat jednotlivé toky tepla a hmotnostní tok vody.
Výpočetní algoritmus je sestaven v programovacím prostředí Borland Delphi 7 jako zvláštní výpočetní modul pro simulační software TERUNA. Zde je možné jednoduchým způsobem simulovat okrajové podmínky výpočtu jak pro vzduch vnitřního prostoru včetně rychlosti proudění vzduchu nad hladinou, tak pro bazénovou vodu.

Jak je patrné z obrázku, jsou ve výstupu výpočtu zobrazeny veškeré fyzikální a psychrometrické veličiny, na kterých výpočet závisí. Jejich kontrolou je možné ověřit správnost výsledků, kterými jsou hodnota odparu z hladiny v kg/h, tok citelného a vázaného tepla ve Wattech.

Bazénová jednotka a její nastavení

V praxi se v současné době používá několik způsobů odvodu vlhkostní zátěže pomocí vzduchotechnické jednotky. Jsou to varianty od nejjednodušších zařízení, které snižují vlhkost pouze větráním, tedy výměnou vzduchu v místnosti za vzduch venkovní, přes zařízení využívající ZZT, směšování a v létě chlazení (chladičem respektive výparníkem, kde dochází při nízkých povrchových teplotách chladiče ke snížení vzdušné vlhkosti v přiváděném vzduchu) aľ po zařízení vybavené tepelným čerpadlem, ZZT, směšováním, dohřevem apod. Abychom mohli sestavovat a kombinovat jednotlivé úpravy vzduchu podle potřeby, byl sestrojen matematický model odvlhčovací jednotky, který zahrnuje nejčastěji používané úpravy vzduchu. Pro výpočet je potřeba definovat okrajové podmínky nutné a variabilní.

Nutné okrajové podmínky jsou:

• klimatické podmínky v exteriéru (teplota, vlhkost, atmosférický tlak, entalpie)
• mikroklima v interiéru, tj. parametry vzduchu, kterých chceme dosáhnout (teplota, vlhkost)
• vzduchové výkonové parametry VZT zařízení (jak na straně přívodu, tak i odvodu)

Variabilní okrajové podmínky jsou určeny podle toho, které úpravy vzduchu navrhujeme. Mezi ty nejčastější patří:

• zpětné získávání tepla rekuperací (ZZT)
• ohřev vzduchu v zimním období
• chlazení vzduchu v letním období (neřízené odvlhčení)
• cirkulace vzduchu)

Pro řízené celoroční odvlhčení se variabilně používá:

• dohřev ochlazeného a odvlhčeného přiváděného vzduchu
• uzavřený okruh tepelného čerpadla s umístěním kondenzátoru v proudu přiváděného vzduchu, případně v provedením pro ohřev bazénové vody, či úplně oddělená varianta s výměníkem umístěným v exteriéru

Moľnost kombinace různých variant úpravy vzduchu představuje výpočtové schéma uvedené na obrázku

Z obrázku je patrné využití odpadního tepla z tepelného čerpadla pro předehřev vzduchu, případně pro ohřev bazénové vody.

Model v programu umoľňuje ovládat:

• chod tepelného čerpadla (např. vypnout TČ pro jednotky bez TČ, nebo má-li být TČ vypnuto)
• výkon tepelného čerpadla (pomocí nastavení střední povrchové teploty chladiče, tím nastavení poľadovaného odvlhčení na výparníku a následně nastavením teploty za chladičem, tj. moľnost řízení obtokového součinitele chladiče
• poľadovanou odvodní účinnost ZZT
• vyuľití obtoku ZZT (aktivací, či deaktivací ZZT )
• • směšovací poměr s moľností vyuľít cirkulace části odváděného vzduchu bez jeho úpravy

Důležitým parametrem zavedeným do výpočtů ZZT je jeho odvodní účinnost. Z hlediska měření v reálně instalovaných VZT jednotkách za provozu je výhodné pro určení účinnosti vyuľít teplotu za výměníkem ZZT na straně odváděného vzduchu. Zde je většinou čidlo MaR, které zajišťuje ochranu proti namrzání výměníku. Tato účinnost je samozřejmě jiná neľ přívodní a zahrnuje v sobě jak přenos citelné složky tepla, tak teplo vázané ve formě kondenzátu. Vztah popisující tepelnou rovnováhu je definován:

V_proc(t_p,ZZT – t_e) = V_oroc(t_o – t_o,ZZT) + M_k.L_v

kde:

t_o … teplota odváděného vzduchu (°C)
t_e … teplota venkovního vzduchu (°C)
t_p … teplota přiváděného vzduchu (°C)
t_o,ZZT … teplota odváděného vzduchu za výměníkem ZZT (°C)
h_o,ZZT … entalpie odváděného vzduchu za výměníkem ZZT (J/kg.K)
V_p, V_o …průtoky přiváděného nebo odváděného vzduchu (m³/s)
M_k … hmotnostní tok kondenzátu (kg/s)
L_v … výparné teplo vody (J/kg.K)

Více ohledně teorie odvodní účinnosti včetně praktického porovnání na příkladech z reálného provozu VZT zařízení je možné přečíst v článku Ověření„ účinnosti zařízení pro zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu v reálném provozu“ publikovaném v časopise Český instalatér 3/2011.