Η ποσότητα του αέρα σε ένα σύστημα κεντρικού κλιματισμού

Η ποσότητα του αέρα που κυκλοφορεί μέσα σε ένα σύστημα κλιματισμού έχει πρωταρχικό ρόλο στη σωστή λειτουργία και την υψηλή απόδοση του συστήματος, όπως γίνεται εύκολα κατανοητό. Γι αυτό παρακάτω θα αναφερθούν δύο τρόποι υπολογισμού της σωστής ποσότητας του αέρα, που θα κυκλοφορεί στο σύστημα.

Γράφει ο Δημήτρης Μενεγάκης, Μηχανολόγος Μηχανικός

α/ Υπολογισμός κατά προσέγγιση

Είναι μια εύκολη μέθοδος, που τα αποτελέσματα της δεν έχουν την ακρίβεια των θερμοδυναμικών υπολογισμών, είναι όμως διεθνώς αποδεκτά, μια και οι υπαρκτές μικροδιαφορές είναι πρακτικά ασήμαντες. Ο υπολογισμός βασίζεται στη σχέση που υπάρχει ανάμεσα στην αισθητή θερμότητα και την ολική θερμότητα του χώρου, που πρόκειται να κλιματιστεί. Όσο πιο μεγάλη είναι η αισθητή θερμότητα, τόσο περισσότερος αέρας πρέπει να κυκλοφορεί και τόσο περισσότερες είναι οι απαιτούμενες αλλαγές ανά ώρα, με τις ακόλουθες παρατηρήσεις.

Όταν η ολική εσωτερική θερμότητα ενός χώρου απαρτίζεται από 80% αισθητή και 20% λανθάνουσα, τότε οι απαιτούμενες αλλαγές είναι 10 ανά ώρα, δηλαδή μια κάθε 6 λεπτά.
Όταν η ολική εσωτερική θερμότητα ενός χώρου απαρτίζεται από 70% αισθητή και 30% λανθάνουσα, τότε οι απαιτούμενες αλλαγές είναι 8 ανά ώρα.
Όταν η ολική θερμότητα του χώρου απαρτίζεται από 60% αισθητή και 40% λανθάνουσα, τότε οι απαιτούμενες αλλαγές του αέρα είναι 7 ανά ώρα.
Όταν η ολική θερμότητα του χώρου απαρτίζεται από 50% αισθητή και 50% λανθάνουσα, τότε οι απαιτούμενες αλλαγές του αέρα είναι 6 ανά ώρα, από 40% αισθητή και 60% λανθάνουσα, τότε οι αλλαγές του αέρα είναι 5 ανά ώρα.

Όταν λοιπόν μελετούμε ένα σύστημα κλιματισμού ενός χώρου και έχουμε υπολογίσει το θερμικό του φορτίο, δηλαδή την αισθητή, τη λανθάνουσα και συνεπώς την ολική θερμότητα, βρίσκουμε την αναλογία ανάμεσα στην αισθητή και την ολική. Αυτή η αναλογία θα μας καθορίσει πόσες ωριαίες αλλαγές πρέπει να κάνει ο αέρας του συστήματος σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν παραπάνω. Τότε πολλαπλασιάζουμε τον αριθμό των αλλαγών με τον όγκο του χώρου που θα κλιματιστεί και το αποτέλεσμα είναι η ζητούμενη ποσότητα του αέρα του συστήματος, σε κυβικά μέτρα ανά ώρα. Για να ολοκληρώσουμε τον κατά προσέγγιση υπολογισμό μας, πρέπει τώρα να αναφέρουμε ποιες από τις θερμικές απώλειες του χώρου είναι φορτία αισθητής και ποιες είναι φορτία λανθάνουσας θερμότητας.

Φορτία αισθητής θερμότητας είναι:

Οι απώλειες των εξωτερικών τοίχων, του δαπέδου, της οροφής, των εξωτερικών θυρών και των παραθύρων, λόγω αγωγιμότητας.
• απώλειες των εξωτερικών τοίχων, της οροφής, των εξωτερικών θυρών και των παραθύρων, λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας.
• α μέρος των απωλειών, λόγω ανανέωσης του αέρα
Ένα μέρος των απωλειών, λόγω εισροής ατμοσφαιρικού αέρα από ανοίγματα θυρών ή από σημεία διαρροών.
Οι απώλειες λόγω της εκλυόμενης θερμότητας των συσκευών που λειτουργούν μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο, όπως ηλεκτροκινητήρες, ψυγεία, φωτισμός, TV κ.α.
Ένα μέρος των απωλειών, λόγω της εκλυόμενης θερμότητας από άτομα ή ζώα, που βρίσκονται μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο.

Φορτία λανθάνουσας θερμότητας είναι:

Ένα μέρος των απωλειών, λόγω ανανέωσης του αέρα.
Ένα μέρος των απωλειών, λόγω της εισροής ατμοσφαιρικού αέρα από ανοίγματα θυρών ή από σημεία διαρροών μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο.
Ένα μέρος των απωλειών, λόγω έκλυσης θερμότητας από άτομα ή ζώα, μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο.

Κάποιες αξιοπρόσεκτες παρατηρήσεις

Πρέπει να σημειώσουμε, ότι κάποιες από τις θερμικές απώλειες που αναφέρθηκαν παραπάνω, είναι πραγματικά απώλειες κατά τη μελέτη του συστήματος για θέρμανση του αέρα. Για παράδειγμα, οι θερμικές απώλειες των τοίχων, της οροφής, των θυρών και των παραθύρων λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας, είναι μια μεγάλη απώλεια κατά τη ψύξη του αέρα, αλλά αντίθετα δεν είναι απώλεια κατά τη θέρμανση, οπότε είναι σημαντικό όφελος. Κάθε φορά ο τεχνικός που θα ασχοληθεί με τη μελέτη ενός συστήματος κλιματισμού, εντοπίζει με λίγη σκέψη και άλλες τέτοιες απώλειες, όπως για παράδειγμα η έκλυση θερμότητας από άτομα που βρίσκονται μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο, η απώλεια λόγω της εκλυομένης θερμότητας από θερμικές συσκευές ή λάμπες φωτισμού. Στη ψύξη είναι απώλειες. Στη θέρμανση έχουν ευνοϊκή επίδραση, δηλαδή είναι ένα σημαντικό κέρδος.

β/ Υπολογισμός της ποσότητας αέρα του συστήματος βάσει των θερμοδυναμικών δεδομένων.

Ο υπολογισμός γίνεται με τη χρησιμοποίηση ενός μαθηματικού τύπου της θερμοδυναμικής, που βασίζεται:

Στην αισθητή θερμότητα Q του χώρου σε kcal/h
Στη θερμοκρασία ξηρού βολβού ts του κλιματιζόμενου χώρου σε °C
Και στη θερμοκρασία του σημείου δρόσου ts του αέρα όταν αυτός βγαίνει από τους αεροψυκτήρες του συστήματος.

Σε απλοποιημένη μορφή του ο τύπος που μας δίνει τον όγκο του αέρα V σε κυβικά μέτρα ανά ώρα, είναι

Πρέπει να σημειώσουμε ότι η θερμοκρασία του σημείου δρόσου ts του αέρα όταν αυτός βγαίνει από τους αεροψυκτήρες του συστήματος είναι 3°C πιο κάτω από τη θερμοκρασία του σημείου δρόσου του αέρα του κλιματιζόμενου χώρου.

Παράδειγμα

Είμαστε στο στάδιο εκπόνησης της μελέτης ενός συστήματος κλιματισμού, που θα λειτουργεί με συνθήκες:

Θερμοκρασία χώρου 24°C
Σχετική υγρασία χώρου 50%

Ζητούμενη είναι η ποσότητα αέρα που θα κυκλοφορεί στο σύστημα όταν η αισθητή θερμότητα του χώρου είναι 60.000 kcal/h
Λύση: Ο τύπος μας είναι

Στον τύπο μας είναι γνωστή η αισθητή θερμότητα του χώρου Q = 60.000 kcal/h και η θερμοκρασία ξηρού βολβού του χώρου ts= 24°C

Άγνωστα μας είναι η ωριαία ποσότητα αέρα του συστήματος V, που θα βρεθεί τελικά με την επίλυση του τύπου. Άγνωστη όμως μας είναι και η θερμοκρασία tδ του σημείου δρόσου του αέρα. Έχουμε λοιπόν δύο άγνωστους και για να επιλύσουμε πρέπει να βρούμε τον ένα με τη χρήση του ψυχρομετρικού διαγράμματος. Όπως φαίνεται στο ψυχρομετρικό διάγραμμα του κειμένου μας το σημείο Α αντιπροσωπεύει την κατάσταση του αέρα του κλιματιζόμενου χώρου, δηλαδή θερμοκρασία ξηρού βολβού 24°C και σχετική υγρασία 50%. Το σημείο Β αντιπροσωπεύει την κατάσταση του αέρα, όταν αυτός βγαίνει

Από τους αεροψυκτήρες του συστήματος, σε θερμοκρασία 21°C (δηλαδή 3°C πιο χαμηλή από τη θερμοκρασία του χώρου) και σχετική υγρασία 50%. Στο σημείο Β η θερμοκρασία του σημείου δρόσου είναι 10°C, όπως φαίνεται στο διάγραμμα, Επομένως η θερμοκρασία ts του μαθηματικού μας τύπου είναι ts=10°C.
Αντικαθιστώντας στον τύπο μας τις γνωστές ποσότητες έχουμε: