Poradnik klimatyzacji. Tom 1: Podstawy
Autor: prof. zw. dr inż. Ferdynand Dembecki, dr inż. Bolesław Gaziński oraz dr inż. Grzegorz Krzyżaniak, doc. P.P.
ISBN: 978-83-61265-04-7
Seria / Cykl: Podstawy
Grupa tematyczna: Układ klimatyzacji
Format: B5
Wersja / Wydanie: 2010
Język: polski
Liczba stron: 600
Oprawa: twarda
W części wstępnej przedstawiono wybrane zagadnienia klimatyczne i meteorologiczne ze szczególnym uwzględnieniem problemów związanych z wymianą ciepła oraz odczuwaniem komfortu cieplnego, takich jak: bilans cieplny człowieka, energetyczna przemiana materii, konwekcja swobodna i wymuszona, dyfuzja gazów i przejmowanie masy, wymiana ciepła przy zmianie stanu.
Przedstawiono prawa wilgotnego powietrza oraz ich zastosowanie, omówiono zmiany stanu powietrza wilgotnego w urządzeniach klimatyzacyjnych.
W sposób przejrzysty przedstawiono podstawy techniki chłodniczej i stosowanych urządzeń chłodniczych, dokonano ich przeglądu pod kątem rozwiązań konstrukcyjnych i zasad działania.
W rozdziale poświęconym podstawom chłodnictwa scharakteryzowano m.in. chłodnie wyparne oraz sprężarkowe i absorpcyjne urządzenia chłodnicze.
W kolejnych rozdziałach omówiono podstawy przepływu płynów ze szczególnym uwzględnieniem ruchu powietrza w pomieszczeniach dla różnych typów wentylacji i rozmieszczenia nawiewników o zróżnicowanej konstrukcji. Ponadto przedstawiono podstawy akustyki w tym analizę szumów, dopuszczalne poziomy akustyczne, dodawanie hałasu z kilku źródeł i problemy izolacji akustycznej.
Podano też zasady oczyszczania powietrza, budowę urządzeń i przykłady zastosowań różnych rodzajów filtrów.
Omówiono szczegółowo technikę regulacji dla instalacji klimatyzacyjnych: zachowania statyczne i dynamiczne, węzły regulacyjne ciągłe i nieciągłe, sterowanie za pomocą systemów cyfrowych, zasady strojenia metodami: Chiena, Hronesa i Reswicka a także Zieglera i Nicholsa.
Do niniejszej publikacji dołączono również tablice dotyczące pary wodnej i powietrza wilgotnego oraz właściwości wybranych czynników chłodniczych – nieocenioną pomoc przy wszelkiego typu pracach projektowych.
Powyższy tytuł kierowany jest do określonej grupy czytelników – specjalistów z branży klimatyzacyjnej, wentylacyjnej i chłodniczej.
Spis treści
1. Wprowadzenie...................................................................................................1
1.1 Klimat, klimatyzacja pomieszczeń, technika klimatyzacyjna............................................1
1.2 Wymagania stawiane technice klimatyzacyjnej.................................................................1
1.2.1 Uczucie komfortu i jakość powietrza w pomieszczeniu............................................2
1.2.2 Uczucie komfortu cieplnego......................................................................................3
1.2.3 Uczucie komfortu nietermicznego.............................................................................3
1.3 Wpływ klimatu na koncepcję obróbki powietrza i eksploatację
instalacji klimatyzacyjnych...............................................................................................5
1.3.1 Redukcja obciążeń zewnętrznych lub ilości powietrza..............................................5
1.3.2 Kształtowanie przepływu powietrza w pomieszczeniu.............................................6
1.3.3 Wymagania w stosunku do obróbki powietrza..........................................................7
1.3.4 Wymagania w stosunku do regulacji..........................................................................7
1.4 Normy, wytyczne, literatura, adresy..................................................................................8
Literatura....................................................................................................................................9
2. Podstawy meteorologiczne.............................................................................11
2.1 Wstęp...............................................................................................................................13
2.2 Pogoda, stan pogody, klimat............................................................................................14
2.2.1 Pogoda......................................................................................................................14
2.2.2 Stan pogody..............................................................................................................15
2.2.3 Klimat.......................................................................................................................15
2.2.4 Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego...................................................17
2.3 Techniczne opracowywanie danych meteorologicznych.................................................21
2.3.1 Klimatologia wartości średnich...............................................................................21
2.3.2 Dane dotyczące częstości występowania stanów meteorologicznych.....................22
2.4 Elementy meteorologiczne...............................................................................................24
2.4.1 Barometryczne ciśnienie powietrza i gęstość powietrza zewnętrznego..................24
2.4.2 Wiatr.........................................................................................................................26
2.4.3 Temperatura powietrza zewnętrznego......................................................................29
2.4.4 Wilgotność powietrza zewnętrznego.......................................................................35
2.4.5 Natężenie promieniowania słonecznego..................................................................38
2.5 Techniczne opracowanie danych meteorologicznych......................................................50
2.5.1 Korelacja elementów meteorologicznych................................................................50
2.5.2 Stopniodni, stopniogodziny, gramodni i gramogodziny..........................................51
2.5.3 Typowy rok meteorologiczny..................................................................................54
2.5.4 Dane klimatyczne ważne dla celów praktycznych..................................................55
Literatura..................................................................................................................................56
3. Podstawy fizjologiczne....................................................................................59
3.1 Wprowadzenie..................................................................................................................60
3.2 Bilans cieplny człowieka..................................................................................................60
3.2.1 Energetyczna przemiana materii..............................................................................61
3.2.2 Regulacja temperatury ciała.....................................................................................61
3.2.3 Produkcja ciepła.......................................................................................................63
3.2.4 Oddawanie ciepła.....................................................................................................64
3.2.5 Odzież......................................................................................................................69
3.3 Klimat cieplny pomieszczenia i uczucie komfortu..........................................................70
3.3.1 Odczuwanie temperatury przez człowieka..............................................................71
3.3.2 Uczucie komfortu.....................................................................................................71
II Spis treści
3.3.3 Wielkości wpływające na uczucie komfortu...........................................................74
3.3.3.1 Temperatura..................................................................................................75
3.3.3.2 Prędkość powietrza.......................................................................................82
3.3.3.3 Wilgotność powietrza...................................................................................86
3.3.4 Metody pomiarowe..................................................................................................88
3.4 Jakościowe i ilościowe zapotrzebowanie powietrza przez człowieka.............................89
3.4.1 Oddychanie..............................................................................................................89
3.4.2 Zapotrzebowanie na powietrze oraz minimalny strumień objętościowy
powietrza zewnętrznego..........................................................................................91
3.4.3 Zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniu przez gaz, pary, pyły oraz
mikroorganizmy......................................................................................................96
3.5 Wpływ szumów, oświetlenia i elektryczności na klimat pomieszczeń.......................... 103
3.6 Wymagania higieniczne w stosunku do instalacji urządzeń
klimatyzacyjnych i wentylacyjnych...............................................................................105
3.6.1 Wymagania w stosunku do projektowania, produkcji i wykonania –
zasysanie powietrza zewnętrznego........................................................................106
3.6.2 Wymagania w stosunku do eksploatacji i konserwacji..........................................108
3.6.3 Sanitarne kontrole higieniczne...............................................................................109
3.6.4 Inspekcje higieniczne (sanitarne)...........................................................................109
3.6.5 Szkolenie w zakresie higieny.................................................................................111
Literatura................................................................................................................................111
4. Wymiana ciepła.............................................................................................113
Wstęp.....................................................................................................................................118
4.1 Przewodzenie ciepła.......................................................................................................119
4.1.1 Współczynnik przewodzenia ciepła.......................................................................120
4.1.2 Stacjonarne przewodzenie ciepła...........................................................................122
4.1.3 Przenikanie ciepła..................................................................................................122
4.1.4 Przenikanie ciepła przez żebra...............................................................................132
4.1.5 Niestacjonarne przewodzenie ciepła......................................................................138
4.2 Konwekcja.....................................................................................................................149
4.2.1 Płyta z opływem wzdłużnym.................................................................................150
4.2.2 Ciała opływane......................................................................................................154
4.2.3 Ciała złożone z płynem przepływającym..............................................................156
4.2.4 Konwekcja swobodna pojedynczych ciał..............................................................158
4.2.5 Konwekcja swobodna w warstwach......................................................................160
4.2.6 Kanały z przepływającym płynem.........................................................................165
4.3 Wymiana ciepła przy zmianie stanu..............................................................................173
4.3.1 Wymiana ciepła przy parowaniu............................................................................173
4.3.2 Skraplanie..............................................................................................................178
4.4 Wymiana ciepła przez promieniowanie.........................................................................182
4.4.1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego............................................................183
4.4.2 Promieniowanie ciała rzeczywistego.....................................................................185
4.4.3 Prawo Kirchhoffa...................................................................................................185
4.4.4 Promieniowanie pomiędzy powierzchniami..........................................................186
4.4.5 Radiacyjny współczynnik przejmowania ciepła....................................................189
4.4.6 Temperatura odczuwalna.......................................................................................193
4.5 Wymiana masy...............................................................................................................196
4.5.1 Dyfuzja gazów i przejmowanie masy....................................................................196
Spis treści III
4.5.2 Dyfuzja pary przez substancje stałe.......................................................................202
4.5.3 Osadzanie się skroplin na powierzchniach wewnętrznych....................................204
4.5.4 Osadzanie się skroplin na elementach budowlanych pomieszczeń
nieklimatyzowanych..............................................................................................204
4.5.5 Wyznaczanie wykraplania wilgoci pod względem przepływu wilgoci
dla pomieszczeń klimatyzowanych.......................................................................210
4.6 Właściwości fizyczne.....................................................................................................222
Literatura................................................................................................................................236
5. Powietrze wilgotne - prawa i ich zastosowanie..........................................239
5.1 Wprowadzenie...............................................................................................................240
5.2 Parametry powietrza wilgotnego...................................................................................241
5.3 Wykres h1+x, x dla powietrza wilgotnego według Moliera ...........................................248
5.4 Prawo zachowania masy oraz I zasada termodynamiki w technice
klimatyzacyjnej i wentylacyjnej....................................................................................249
5.4.1 Prawo zachowania masy........................................................................................250
5.4.2 Pierwsza zasada termodynamiki dla układów otwartych......................................250
5.5 Parowanie (dyfuzyjne)...................................................................................................252
5.6 Wykres t, x według Carriera ........................................................................................255
5.7 Zmiany stanu powietrza wilgotnego w urządzeniach instalacji
klimatyzacyjnej i wentylacyjnej....................................................................................257
5.7.1 Komora mieszania.................................................................................................257
5.7.2 Nagrzewnica..........................................................................................................259
5.7.3 Wentylator..............................................................................................................261
5.7.4 Przeponowa chłodnica powietrza..........................................................................262
5.7.5 Nawilżacz parowy..................................................................................................265
5.7.6 Nawilżacz dyszowy (komora zraszania)................................................................267
5.7.7 Wymienniki do odzysku ciepła..............................................................................270
5.7.8 Filtr.........................................................................................................................272
Literatura................................................................................................................................273
6. Podstawy techniki chłodniczej.....................................................................275
6.1 Wprowadzenie...............................................................................................................276
6.2 Chłodnie wyparne..........................................................................................................276
6.2.1 Funkcja i budowa...................................................................................................276
6.2.2 Zmiany stanu powietrza oraz wody.......................................................................279
6.3 Otwarte sorpcyjne agregaty chłodnicze.........................................................................280
6.3.1 Funkcja i budowa urządzenia................................................................................280
6.3.2 Wielkości obliczeniowe.........................................................................................282
6.4 Sprężarkowe urządzenia chłodnicze..............................................................................284
6.4.1 Wprowadzenie.......................................................................................................284
6.4.2 Przegląd funkcji.....................................................................................................285
6.4.3 Obieg Carnota ......................................................................................................287
6.4.4 Procesy zachodzące w obiegu rzeczywistym........................................................290
6.4.4.1 Obieg...........................................................................................................290
6.4.4.2 Składniki instalacji......................................................................................292
6.4.5 Czynniki chłodnicze..............................................................................................295
6.4.5.1 Początki i rozwój........................................................................................295
6.4.5.2 Właściwości................................................................................................295
6.4.5.3 Nomenklatura..............................................................................................298
IV Spis treści
6.4.6 Wykres log p, h ( p, h)...........................................................................................298
6.4.6.1 Budowa.......................................................................................................298
6.4.6.2 Obieg na wykresie p, h ..............................................................................300
6.4.7 Wykresy dla czynników chłodniczych, tablice własności czynników
chłodniczych...........................................................................................................302
6.5 Absorpcyjne agregaty chłodnicze..................................................................................327
6.5.1 Wprowadzenie.......................................................................................................327
6.5.2 Funkcja...................................................................................................................328
6.5.3 Obieg Carnota........................................................................................................330
6.5.4 Rzeczywiste agregaty chłodnicze..........................................................................332
6.5.5 Wykres log p, 1/T ..................................................................................................333
Literatura................................................................................................................................337
7. Podstawy przepływu płynów.......................................................................339
7.1 Wiadomości ogólne........................................................................................................340
7.2 Przepływ wolny od tarcia...............................................................................................341
7.2.1 Równanie ciągłości................................................................................................342
7.2.2 Równanie energii (równanie Bernoulliego)...........................................................343
7.2.3 Ciśnienie całkowite, ciśnienie statyczne i dynamiczne.........................................345
7.3 Zasada zachowania pędu................................................................................................349
7.4 Przepływ z uwzględnieniem tarcia................................................................................350
7.4.1 Równanie energii dla przepływu z uwzględnieniem tarcia...................................351
7.4.2 Lepkość płynów.....................................................................................................351
7.4.3 Prawo podobieństwa..............................................................................................352
7.4.4 Formy przepływu...................................................................................................354
7.4.5 Stopień turbulencji.................................................................................................358
7.4.6 Przepływ przy wlocie do rury i warstwa graniczna...............................................359
7.5 Opory przepływu w kanałach........................................................................................361
7.5.1 Opory przepływu w rurze prostej..........................................................................362
7.5.1.1 Współczynnik tarcia w rurach λ przy przepływie laminarnym..................362
7.5.1.2 Współczynnik tarcia w rurach λ przy przepływie turbulentnym................363
7.5.1.3 Wysokość chropowatości k ........................................................................365
7.5.2 Średnica hydrauliczna............................................................................................367
7.5.3 Średnica równoważna............................................................................................368
7.6 Opory miejscowe...........................................................................................................370
7.6.1 Rozszerzenie przekroju poprzecznego (dyfuzor)..................................................370
7.6.2 Zwężenie przekroju poprzecznego........................................................................374
7.6.3 Zmiany kierunku (łuki, kolana).............................................................................376
7.6.4 Rozgałęzienia rur...................................................................................................379
7.7 Pomiar przepływu..........................................................................................................381
7.8 Przepływ powietrza w pomieszczeniu – wentylacja naturalna
i mechaniczna.................................................................................................................382
7.8.1 Wentylacja mieszana..............................................................................................386
7.8.1.1 Wprowadzenie oraz charakterystyczne właściwości strumieni powietrza.386
7.8.1.2 Efekt Coandy .............................................................................................399
7.8.1.3 Zapory i przeszkody zamontowane przy suficie.........................................400
7.8.1.4 Otwory wywiewne......................................................................................400
7.8.1.5 Przepływ w pomieszczeniach zamkniętych................................................401
Spis treści V
7.8.2 Wentylacja wyporowa............................................................................................408
7.8.3 Wentylacja źródłowa (miejscowa).........................................................................409
7.8.4 Skuteczność wentylacji..........................................................................................418
7.8.4.1 Sprawność wymiany powietrza..................................................................419
7.8.4.2 Efektywność wentylacji..............................................................................421
7.8.4.3 Metody pomiarowe.....................................................................................422
7.8.5 Numeryczne obliczanie przepływu powietrza w pomieszczeniu..........................423
Literatura................................................................................................................................427
8. Podstawy akustyki........................................................................................431
8.1 Wprowadzenie...............................................................................................................432
8.2 Podstawy fizyczne oraz definicje...................................................................................432
8.2.1 Powstawanie dźwięku............................................................................................432
8.2.2 Częstotliwość oraz amplituda ciśnienia akustycznego..........................................434
8.2.3 Moc akustyczna i natężenie akustyczne................................................................435
8.3 Tworzenie i dodawanie poziomów hałasu.....................................................................439
8.4 Analiza szumów.............................................................................................................444
8.4.1 Pasma oktawowe i tercjowe...................................................................................444
8.4.2 Głośność.................................................................................................................446
8.4.3 Krzywe graniczne .................................................................................................448
8.4.4 Szumy impulsowe..................................................................................................450
8.4.5 Poziom uśredniony (norma DIN 45 641)..............................................................451
8.4.6 Poziom oceny (norma DIN 45 645).......................................................................451
8.5 Dopuszczalne poziomy akustyczne
(wymagania w stosunku do „pomieszczeń wymagających ochrony”)........................... 452
8.6 Wpływ pomieszczenia...................................................................................................455
8.6.1 Pomieszczenie quasi-sześcienne............................................................................457
8.6.2 Pomieszczenie płaskie i pomieszczenie długie......................................................464
8.7 Izolacja akustyczna........................................................................................................466
8.7.1 Izolacja dźwięku w powietrzu...............................................................................467
8.7.2 Szacowany wskaźnik izolacyjności akustycznej R’W ...........................................469
8.7.3 Normowana różnica poziomu akustycznego.........................................................480
8.7.4 Różnica poziomu w szybie....................................................................................480
8.8 Podsumowanie...............................................................................................................481
Literatura................................................................................................................................481
9. Podstawy oczyszczania powietrza...............................................................483
9.1 Informacje wstępne........................................................................................................483
9.2 Pył i jego zachowanie....................................................................................................485
9.2.1 Pojęcia podstawowe...............................................................................................485
9.2.2 Wyznaczanie rozdrobnienia...................................................................................487
9.2.3 Prawo opadania cząstek pyłu.................................................................................488
9.3 Oddzielanie pyłu w filtrach powietrza...........................................................................490
9.4 Filtry powietrza dla ogólnej techniki klimatyzacyjnej i wentylacyjnej.............................. 493
9.4.1 Wymagania............................................................................................................493
9.4.2 Sprawdzenie filtra oraz podział na klasy według normy DIN EN 779 [8]............496
9.4.2.1 Aktualny stan unormowania, opis przebiegu sprawdzenia filtra................496
9.4.2.2 Wielkości oraz ich definicje........................................................................499
9.5 Wysokosprawne filtry powietrza....................................................................................502
9.5.1 Wstęp.....................................................................................................................502
VI Spis treści
9.5.2 Teoria filtrów..........................................................................................................502
9.5.3 Sprawdzenie filtra oraz podział na klasy według normy DIN EN 1822-1............504
9.5.4 Różnice ciśnienia...................................................................................................507
9.6 Elektrofiltry powietrza...................................................................................................507
9.7 Filtry adsorpcyjne gazu..................................................................................................509
9.7.1 Wstęp.....................................................................................................................509
9.7.2 Rodzaje budowy i wielkości znamionowe.............................................................510
9.7.3 Okres użytkowania................................................................................................511
9.8 Przykłady wykonania.....................................................................................................512
9.8.1 Filtry powietrza dla ogólnej techniki klimatyzacyjnej i wentylacyjnej.................512
9.8.1.1 Elementy filtrujące powietrze.....................................................................512
9.8.1.2 Filtry kieszeniowe.......................................................................................513
9.8.2 Wysokosprawne filtry powietrza............................................................................514
9.8.3 Filtry adsorpcyjne gazu..........................................................................................515
Literatura................................................................................................................................515
10 Technika regulacji instalacji klimatyzacyjnej...........................................517
10.1 Podstawy, definicje......................................................................................................517
10.2 Obiekty regulowane.....................................................................................................519
10.2.1 Zachowanie statyczne..........................................................................................519
10.2.2 Zachowanie dynamiczne......................................................................................521
10.3 Regulator......................................................................................................................523
10.3.1 Regulator ciągły...................................................................................................523
10.3.2 Regulator nieciągły..............................................................................................526
10.3.3 Specjalne wymagania w stosunku do regulatorów dla instalacji
klimatyzacyjnej...................................................................................................527
10.3.4 Technika DDC.....................................................................................................530
10.4 Optymalizacja regulatora.............................................................................................533
10.4.1 Nastawy regulacyjne wg metod Chien, Hronesa i Reswicka ............................533
10.4.2 Nastawy regulacyjne wg metod Zieglera i Nicholsa .........................................534
10.5 Stabilność obwodów regulacyjnych............................................................................535
10.5.1 Wpływ zachowania dynamicznego......................................................................536
10.5.2 Wpływ zachowania statycznego..........................................................................537
10.5.3 Obliczanie zaworów............................................................................................539
10.5.4 Wpływ zachowania statycznego i dynamicznego na stabilność obwodu
regulacyjnego.......................................................................................................545
10.6 Przykłady regulacji temperatury..................................................................................547
10.6.1 Instalacja z recyrkulacją powietrza obiegowego i regulacją kaskadową.............549
10.6.2 Instalacja w eksploatacji VVS z ciągłym sterowaniem wentylatorów................551
10.7 Przykłady regulacji temperatury i wilgotności............................................................553
10.7.1 Instalacja klimatyzacyjna z komorą zraszania powietrza....................................554
10.7.2 Instalacja z nawilżaczem parowym.....................................................................558
Literatura................................................................................................................................561
11. Tablice dla pary wodnej i powietrza wilgotnego......................................563
Literatura................................................................................................................................563
|
|
;)
