Ilmanvaihtokoneen lämmitysprosessin laskuharjoitus (labraharjoitus 2)

Laskuharjouitus liittyen ilmanvaihtokoneen lämmitysprosessiin. Tarvittavat tiedot löydätte talotekniikan iv-laboratorion alakerran ilmanvaihtokoneen prosessikaaviosta.

- 200 l/s
- tuloilman lämpötilaero (8-6,3 °C) 1,7 °C 
- Jälkilämmityspatteri (kaukolämpö) lämmittää huoneeseen menevän ilma on 18,4 °C
- Poistoilman lämpötila 22,3 °C
- Jälkilämmityspatterin jälkeen 16,8 °C
- ulkolämpötila 6,4 °C ja kosteusprosentti 98 %
- Nestekiertoinen lämmöntalteenotto 8,0 °C --> lämmittää ulkoilmaa vain 2 °C, (hyötysuhteen pitäisi olla parempi) asetuksissa säädetty 20 °C
- Lämpötilasuhde 10 % --> pitäisi olla 55 % järjestelmässä on joku vikana

1. LTO-prosessi kuvattuna Mollier-diagrammilla:

Mollier-diagrammissa on merkitty ulkoilman ominaisuudet numerolla 1, poistoilman ominaisuudet numerolla 2 ja tuloilman olosuhteet LTO:n jälkeen numerolla 3.

2. Lämmöntalteenoton lämmitystehon Q (kW) laskeminen kahdella eri tavalla;

a)  Tuloilmapuoli

V       = tuloilmavirta, 0,2 m³/s

ρ        = ilman tiheys, 1,2 kg/m³

c_p       = ilman ominaislämpökapasiteetti, 1 kJ/kg°K

ΔT     = tuloilman lämpötilaero, 1,7°C

Q=V*ρ*c_p*ΔT -> Q=0,2 m³/s*1,2 kg/m^3*1 kJ/kg°K*1,7°C=0,408 kW

Eli lämmitysteho ilma Q = 0,408 kW

b)  Laskenta nestepuolella. Mikä on vesi-glyseroliseoksen tilavuusvirta LTO piirissä?

V       = nestevirta 0,385 l/s

ρ        = nesteen tiheys, 1 kg/l

c_p       = ominaislämpökapasiteetti, 4,2 kJ/kg°K

ΔT     = nesteen lämpötilaero, 0,8 °C

Q=V*ρ*c_p*ΔT -> Q=0,385 l/s*1 kg/l*4,2 kJ/kg°K*0,8 °C=1,294 kW

Eli lämmitysteho neste Q= 1,294 kW

Minkälaiset tekijät voivat aiheuttaa eron ilma- ja vesipuolella laskettuihin tehoihin?

Laskettuihin tehoihin vaikuttaa se, että nestekiertoinen lämmöntalteenotto ei toimi optimaalisesti Se lämmittää ulkoilmaa vain 10 % hyötysuhteella eli  lämmittää ulkoilmaa vain 2 °C. Hyötysuhteen pitäisi olla 55 % ja ilman lämmetä 20 °C lämpötilaan.

3. Lämmöntalteenoton lämpötilasuhde η_Tulo.

ttulo tuloilman lämpötila LTO:n jälkeen =8,1°C

tulko ulkoilman lämpötila on = 6,7 °C

tpoisto poistoilman lämpötila = 22,3 °C

η_Tulo.= (ttulo−tulko) / (tpoisto−tulko)= 8,9%

Vertaa laskemaasi lämpötilasuhdetta kirjallisuudesta löytyviin nestekiertoisen LTO:n hyötysuhteisiin. Mitä lukuarvoja löytyi?

Nestekiertoisen LTO:n lämpötilasuhde tulisi olla 40-60 % välillä.

Onko laskemasi hyötysuhde samaa suuruusluokka?

Laskettu lämpötilasuhde lämmöntalteenotolle on todella pieni, hyötysuhteen pitäisi olla parempi. Oletettavasti järjestelemässä on jotain vikana.

4. Lue lämmityspiirissä olevan Grundfors-merkkisen pumpun virtaama pumpun näytöltä. Jos näyttö on pimeänä, niin paina OK ja lukema tulee näkyviin.

Virtaama on:0,36 l/s

Pohdi ja vertaile lämmityspatterin ja nestekiertoisen LTO:n säätömekanismeja.

Lämmityspatteria ja LTO-piiriä säädetään muuttamalla pumpun virtausta ja säätämällä venttiilejä. Ohjaus voi tapahtua automaattisesti termostaatin avulla tai manuaalisesti säätämällä. LTO-piiri siirtää lämpöenergiaa poistettavasta ilmasta tulevaan ilmaan. Lämpöpatteri siirtää lämpöenergiaa vaihtoehtoisesta lähteestä, kuten esimerkiksi kaukolämpöverkosta, tuloilmaan.

5.   Laske lämpöpatterin ilmapuolen ja vesipuolen teho. Vertaile saamiasi tuloksia.

a)  ilmapuoli

V       = tuloilmavirta, 0,2 m³/s

ρ        = ilman tiheys, 1,2 kg/m³

c_p       = ilman ominaislämpökapasiteetti, 1 kJ/kg°K

ΔT     = tuloilman lämpötilaero, 7,9°C

Q=V*ρ*c_p*ΔT -> Q=0,2 m³/s*1,2 kg/m^3*1 kJ/kg°K*7,9°C=1,896 kW

Eli ilman teho Q = 1,896 kW

b)  nestepuoli

V       = nestevirta 0,36 l/s

ρ        = nesteen tiheys, 1 kg/l

c_p       = ominaislämpökapasiteetti, 4,2 kJ/kg°K

ΔT     = nesteen lämpötilaero, 0,5 °C

Q=V*ρ*c_p*ΔT -> Q=0,36 l/s*1 kg/l*4,2 kJ/kg°K*0,5 °C= 0,756 kW

Eli nestepuolen teho Q= 0,756 kW

Poikkeavatko tulokset toisistaan?

Tulokset poikkeavat toisistaan, ilmapuolella teho on suurempi.

Minkälaiset tekijät voivat aiheuttaa eroja ilma- ja vesipuolella laskettuihin tehoihin?

Tehoihin vaikuttavat aineen tiheys, virtausnopeus sekä aineen ominaislämpökapasiteetti.