Fordított ciklusú gépek Dr. Szakács Tamás adjunktus Óbudai Egyetem 1034, Budapest Bécsi út 96/B szakacs.tamas@bgk.uni-obuda.hu 1

Előadás tartalma Bevezetés Fordított ciklusú gépek Belső körfolyamat tervezése Hűtő- és fűtőeszközök tervezése Számítási példák

Bevezetés Gépek: Gépek, melyek a közölt hő átalakításával munkát termelnek. Pl.: idealizált Carnot-ciklus, a megvalósított Otto-, Dízel-, vagy a Joule-ciklusok. Fordított ciklusú gépek: Fordított ciklusú gépek a hőt természetes áramlásának irányával szemben szállítják, munkabefektetést, energiaközlést igényelnek. Pl.: hűtőszekrény, hőszivattyú

Bevezetés A fordított ciklusú gépek jelentősége EU tagállamainak növekvő energiafogyasztása A villamosenergia hálózat nyári maximális terhelésének csökkentése (klimatizálásból származó energiaigény) A fordított ciklusú gépek alkalmasak arra, hogy a növekvő igények ellenére is mérsékeljék a villamosenergia fogyasztást.

Fordított ciklusú gépek Hűtőszekrény Légkondícionáló berendezés Fűtőberendezés Szárítógép

Fűtés fordított ciklusú gépekkel A fordított ciklusú klimatizálás a természet hőforrásából nyer hőt (pl.: a talajból, vagy a szabadtéri levegőből még télközépi éjszakákon is) melyet az épület belseje felé szállítja. A hűtőközeg a hőt elnyelve keresztülhalad egy külső hőcserélőn. Ezt a hűtőközeget egy kompresszor összesűríti, mely egy az épületen belül elhelyezett kondenzátorban, hőjét a helyiségbe leadja.

Fűtés fordított ciklusú gépekkel Előnyök: A fűtés egyik leggazdaságosabb módja. Fűtésre és hűtésre egyaránt alkalmas. Nem melegszik fel veszélyes mértékben. Élettartama 20 év is lehet. Szűrt és páramentesített levegő. Képes hasznosítani a körzeti- és a hulladék hőt, a kapcsolt hő- és villamosenergia előállításból származó hőt, és a megújuló hőforrásokat.

Fordított ciklusú klimatizálás Fajtái: Hordozható Ablakba/falba beépített osztott (split) rendszerek több beltéri és egy kültéri egységgel rendelkező osztott rendszerek Csőhálózattal épített rendszerek Reverse_cycle_AC.pdf 8

Mollier-diagramm közelítés tartománnyal és névleges hűtőciklussal AMMONIA REFRIGERATION CYCLE_p639_final.pdf Mollier-diagramm közelítés tartománnyal és névleges hűtőciklussal 9

10

Klimatizálás napenergia segítségével

7_Holter_Anlagenkonzepte.pdf 13

Abszorpciós hűtő elve D23-solar-assisted-cooling.pdf Kulcs kérdések a Megújítható hő Európában-hoz (K4RES-H) Lehülés nap segítségével – WP3, Munka 3.5 Szerződés EIE/04/204/S07.38607 14

Abszorpciós hűtő elve Keep Cool Solar Cooling www.energyagency.at Published and produced by: Österreichische Energieagentur – Austrian Energy Agency Otto-Bauer-Gasse 6, A-1060 Vienna, Phone +43 (1) 586 15 24, Fax +43 (1) 586 15 24 - 40 E-Mail: office@energyagency.at, Internet: http://www.energyagency.at Abszorpciós hűtő elve 15

Abszorpciós hűtő elve Keep Cool Solar Cooling www.energyagency.at Published and produced by: Österreichische Energieagentur – Austrian Energy Agency Otto-Bauer-Gasse 6, A-1060 Vienna, Phone +43 (1) 586 15 24, Fax +43 (1) 586 15 24 - 40 E-Mail: office@energyagency.at, Internet: http://www.energyagency.at Abszorpciós hűtő elve 16

Adszorpciós hűtő elve Kulcs kérdések a Megújítható hő Európában-hoz (K4RES-H) Lehülés nap segítségével – WP3, Munka 3.5 Szerződés EIE/04/204/S07.38607 17

Published and produced by: Österreichische Energieagentur – Austrian Energy Agency Otto-Bauer-Gasse 6, A-1060 Vienna, Phone +43 (1) 586 15 24, Fax +43 (1) 586 15 24 - 40 E-Mail: office@energyagency.at, Internet: http://www.energyagency.at Adszorpciós hűtő elve 18

Ipari méretű épületklimatizáló Published and produced by: Österreichische Energieagentur – Austrian Energy Agency Otto-Bauer-Gasse 6, A-1060 Vienna, Phone +43 (1) 586 15 24, Fax +43 (1) 586 15 24 - 40 E-Mail: office@energyagency.at, Internet: http://www.energyagency.at The DEC-process can be summarised as follows: 1 -> 2 sorptive dehumidification of supply air; the process is almost adiabatic and the air is heated by the adsorption heat and the warmed wheel matrix coming from the regeneration side 2 -> 3 pre-cooling of the supply air in counter-flow to the return air from the building 3 -> 4 evaporative cooling of the supply air to the desired supply air humidity by means of a humidifier 4 -> 5 supply air temperature and humidity are increased due to internal and external loads 5 -> 6 return air from the building is cooled using evaporative cooling close to the saturation 6 -> 7 the return air is pre-heated in counter-flow to the supply air by means of a highly efficient air-to-air heat exchanger, e.g. a heat recovery wheel 7 -> 8 regeneration heat is supplied by a heating coil; this heating coil is driven by hot water; for instance by hot water generated by solar thermal collectors 8 -> 9 regeneration process of the desiccant material; the water bound in the pores of the desiccant material of the sorption wheel is desorbed by means of regeneration air Ipari méretű épületklimatizáló 19

Published and produced by: Österreichische Energieagentur – Austrian Energy Agency Otto-Bauer-Gasse 6, A-1060 Vienna, Phone +43 (1) 586 15 24, Fax +43 (1) 586 15 24 - 40 E-Mail: office@energyagency.at, Internet: http://www.energyagency.at The DEC-process can be summarised as follows: 1 -> 2 sorptive dehumidification of supply air; the process is almost adiabatic and the air is heated by the adsorption heat and the warmed wheel matrix coming from the regeneration side 2 -> 3 pre-cooling of the supply air in counter-flow to the return air from the building 3 -> 4 evaporative cooling of the supply air to the desired supply air humidity by means of a humidifier 4 -> 5 supply air temperature and humidity are increased due to internal and external loads 5 -> 6 return air from the building is cooled using evaporative cooling close to the saturation 6 -> 7 the return air is pre-heated in counter-flow to the supply air by means of a highly efficient air-to-air heat exchanger, e.g. a heat recovery wheel 7 -> 8 regeneration heat is supplied by a heating coil; this heating coil is driven by hot water; for instance by hot water generated by solar thermal collectors 8 -> 9 regeneration process of the desiccant material; the water bound in the pores of the desiccant material of the sorption wheel is desorbed by means of regeneration air 20

Ipari méretű épületklimatizáló Warm and humid ambient air enters the slowly rotating desiccant wheel and is dehumidified by adsorption of water (1-2). Since the air is heated up by the adsorption heat, a heat recovery wheel is passed (2-3), resulting in a significant precooling of the supply air stream. Subsequently, the air is humidified and further cooled by a controlled humidifier (3-4), according to the desired temperature and humidity of the supply air stream. The exhaust air stream of the rooms is humidified (6-7) close to the saturation point to exploit the full cooling potential in order to allow an effective heat recovery (7-8). Finally, the sorption wheel has to be regenerated (9-10) by applying heat in a comparatively low temperature range from 50°C-75°C, to allow a continuous operation of the dehumidification process. B: Heating case In periods of low heating demand, heat recovery from the exhaust air stream and enthalpy exchange by using a fast rotating mode of the desiccant wheel may be sufficient. In cases of increased heating demand, heat from the solar thermal collectors and, if necessary, from a backup heat source (4-5) is applied. Flat plate solar thermal collectors can be applied normally as a heating system in solar assisted desiccant cooling systems. The solar system may consist of collectors using water as fluid and a hot water storage, to increase the utilisation of the solar system. This configuration requires an additional water/air heat exchanger, to connect the solar system to the air system. An alternative solution, leading to lower investment cost, is the direct supply of regeneration heat by means of solar air collectors. D23-solar-assisted-cooling.pdf Ipari méretű épületklimatizáló Kulcs kérdések a Megújítható hő Európában-hoz (K4RES-H) Lehülés nap segítségével – WP3, Munka 3.5 Szerződés EIE/04/204/S07.38607 21

A legtöbb átlagos napenergia segítségével történő klimatizálás eljárásainak áttekintése 22

A legtöbb átlagos napenergia segítségével történő klimatizálás eljárásainak áttekintése

Nedves levegő Mollier h-x diagrammja p=1 bar nyomásnál

Idealizált Carnot-körfolyamatok környező S S S S Egyszeres rendeltetésű hőszivattyú Többrendeltetésű hőszivattyú Erőművi turbina Hidegebb

Számolás példa 1. Példa Mennyi annak a hűtőberendezésnek a hűtési teljesítménye, amely adiabatikus sűrítésből és ammónia hűtőfolyadékkal rendelkező térfogatnövekedéses dugattyúciklusból áll? A cseppfolyósodási hőmérséklet 30 °C, a párolgási hőmérséklet -10 °C. A kompresszort száraz telített gázzal látták el. (x2 = 1). A cseppfolyósítás az x3 = 0 pontig tart.

3 2 275 240 1542 1355 4 1

Szállított hő a párologtatóban 1kg hűtőközeg mellett: A keringő hűtőközeg tömegárama: Szükséges munka a kompresszor mozgásba kerüléséhez: Az expanziós dugattyú végzett munkája:

A körfolyamat fenntartásához szükséges munka: Teljesítmény együttható: A kompresszor ellátott térfogatárama:

Számolás példa 2. Példa Az 18000kg tömegű levegő hőmérséklete t1 =80 °C, páratartalma x1 =0,03 kg/kg. Készítsen egy x4 =0,01 kg/kg száraz levegőt hűtéssel úgy, hogy tartsa a kivezető hőmérsékletet, ahogy az a t1-en áll. Mennyi víznek kell elfolynia? Mennyi hőelvonás szükséges a hűtéshez és az újrafűtés hozzáadásához?

Tulajdonságok az 1. pontban t1 = 80 oC h1 = 160 kJ/kg x1 = 0,03 kg/kg. Tulajdonságok a 2. pontban t2 = 14 oC h2 = 141 kJ/kg x2 = x1 Tulajdonságok a 3. pontban t3 = t2 = 14 oC h3 = 39 kJ/kg x3 = 0,01  = 1

Tulajdonságok a 4. pontban t4 = t1 = 80 oC h4 = 108 kJ/kg x4 = x3 = 0,01 kg/kg. Elszállított víz Hőelvonás hűtéssel Hőközlés hűtéssel

Köszönöm a figyelmet! szakacs.tamas@bmf.uni-obuda.hu