Jak je to s účinností rekuperačních výměníků /jednotek.

[Martin Šperl]

Omlouvám se předem za možná více teorie, než je v mých příspěvcích obvyklé, ale je potřeba trochu více vysvětlit, jak je to s tou účinností ηt.
..
Nejsou to má moudra, pocházejí z evropských standardů platných i pro ČR.
Účinnost výměníku je poměr skutečně převedeného tepelného výkonu k největšímu možnému tepelnému výkonu, který je teoreticky možno převést na takovém ideálním výměníku, v němž jsou stejné pracovní látky, stejné hmotnostní průtoky a stejné vstupní teploty.
..
Tepelný výkon výměníku je definován takto:
P = Qm1.Cp1.(t11-t12)+Ploss1=Qm2.Cp2.(t22-t21)+Ploss2

Vyměněný tepelný výkon dosáhne maxima, když jedna z pracovních látek snese změnu teploty rovnou rozdílu mezi vstupními teplotami obou pracovních látek. Tuto maximální změnu snáší pouze pracovní látky s nižšími QmCp.

Maximální vyměnitelný výkon:
Pmax = (QmCp)min . (t11-t21)
Jestliže: Qm1Cp1 = (QmCp)min pak je účinnost ηt = ηt1 = t11-t12 / t11-t21
Jestliže: Qm2Cp2 = (QmCp)min pak je účinnost ηt = ηt2 = t22-t21 / t11-t21

V praxi je pak účinnost výměníku definována použitou pracovní látkou, tj. látkou ohřívanou/chlazenou, pro kterou není nezbytná minimální hodnota QmCp. Pouze účinnost definovaná pracovní látkou, pro kterou je QmCp minimální, má fyzikální význam.
..
Necháme to dnes uležet, zítra rozebereme jednotlivá písmenka, podíváme se trochu blíže na souvislosti a zkusím najít nějakou cestu překladu do lidské řeči.

[Martin Šperl]

ηt teplotní účinnost,
P provozní tepelný výkon ve W,
Pmax maximální teoretický výkon ve W,
t11 vstupní teplota na primární straně ve °C (odtah),
t12 výstupní teplota na primární straně ve °C (výfuk),
t21 vstupní teplota na sekundární straně ve °C (sání),
t22 výstupní teplota na sekundární straně ve °C (přívod),
Qm hmotnostní průtok v kg.s-1,
Cp měrná kapacita při konstantnímu tlaku J.(kg-1.K-1),
Ploss1 ztráta tepelného výkonu do okolního prostředí na primární straně (sání/přívod) ve W,
Ploss2 ztráta tepelného výkonu do okolního prostředí na sekundární straně (odtah/výfuk) ve W.

To bychom měli vysvětlivky k jednotlivým činitelům ve výpočtech.
..
Jak rozumět účinnosti? Jednoduše řečeno je to poměr dodávaného výkonu výměníku (nějakého konkrétního) k největšímu výkonu na ideálním výměníku, který bude pracovat za stejných podmínek jako ten konkrétní. Něco jako bychom poměřovali výkon svůj na skládačce a výkon Amstronga na superzávodním kole, ale na stejné trase cyklistického závodu za stejných povětrnostních a ostatních podmínek. Jak ale zjistíme, že Amstrong na svém kole je nejlepší, abychom se nepoměřovali jen tak s nějakým ořezávátkem? Prakticky bych se s takovým etalonem (Amstrongem) spokojil, ale my musíme zjistit jakého nejvyššího výkonu je za daných podmínek možno dosáhnout, to je ten výše uvedený vzorec pro maximální vyměnitelný výkon.

[Pedro]

Tak teda nevim, moc moudrej z toho nejsem. Co je (Qm.Cp) a co je (Qm.Cp)min ? Co znamená, že jedna z pracovních látek snese změnu teploty? Když něco snese slípka chápu, když něco snese pracovní látka, nechápu.

[Unstrech]

... Co je (Qm.Cp) a co je (Qm.Cp)min ? ....

Když Cp je měrná kapacita = kolik potřebuju energie k ohřátí 1kg vzduchu nebo jiný látky o 1st.C, tim Qm řeknu kolik těch kg budu o ten jeden stupeň ohřívat. Úplně mi nedochází jak to myslí s tou min. Kdyby psali Cpmin šlo by to brát, že to platí pro látky s co nejmenší měrnou kapacitou třeba kyslík. Když to píšou jako součin rozumim tomu jako, že chtějí zmenšit celou tu hodnotu, aby látky bylo málo a měla velkou kapacitu nebo hodně látky s malou kapacitou a nejlíp málo látky s malou kapacitou. K čemu je to dobrý taky nevim. Možná to znamená, že když s minimální energií ohřeju největší teplotní rozdíl, mám největší výkon. Tak a teď mi Metball vypraš kožich.

[ADMINd]

Vážený Metballe, stávku jsme zažehnali, máte založenou vlastní kategorii, zde můžete vkládat stručné odpovědi s odkazy na výživnější čtení.

[Ilja]

....Účinnost výměníku je poměr skutečně převedeného tepelného výkonu k největšímu možnému tepelnému výkonu, který je teoreticky možno převést na takovém ideálním výměníku, v němž jsou stejné pracovní látky, stejné hmotnostní průtoky a stejné vstupní teploty......

Největší možný výkon za jakych podmínek? Potom ještě co je ideální výměník?

[Martin Šperl]

....Účinnost výměníku je poměr skutečně převedeného tepelného výkonu k největšímu možnému tepelnému výkonu, který je teoreticky možno převést na takovém ideálním výměníku, v němž jsou stejné pracovní látky, stejné hmotnostní průtoky a stejné vstupní teploty......

Největší možný výkon za jakych podmínek? Potom ještě co je ideální výměník?

Největší výkon je obecně největší reálně možný výkon daného zařízení, jak psal v podstatě správně Unstrech. V případě větrání s rekuperací jde o vzduch jako pracovní látky. Něco jiného jsou podmínky měření, které jsou specifikovány velmi přesně v celém souhrnu norem. Měříme konkrétní zařízení a porovnává se s ideálním výměníkem. Ideální výměník je definován nejlepšími vlastnostmi především tepelným výkonem a celkovým součinitelem prostupu tepla, je eliminován/započten odpor zanášením. Nemá význam se zaobírat výpočtem takového odporu Rf=1/kop-1/kc=1/kf, jde o princip pohledu na stanovení účinnosti.

[chezak]

Jestli to dobře pobíram je účinnost vztažená k nějakýmu ideálnímu výkonu a ne k 100% možnýho. Když neznam ten ideální možný výkon je mi nějaká účinost na prd.

[Pedro]

Nemam odpověď na minulou otázku co znamená, že jedna z pracovních látek snese změnu teploty rovnou rozdílu mezi vstupními teplotami obou pracovních látek? Metbal dostal svojí rubriku a už s náma nemluví.

[Unstrech]

Nemam odpověď na minulou otázku co znamená, že jedna z pracovních látek snese změnu teploty rovnou rozdílu mezi vstupními teplotami obou pracovních látek? Metbal dostal svojí rubriku a už s náma nemluví.

Mně taky zatim nikdo košich nevyprášil, proto se pustim do další úvahy. Snášení změny teploty může znamenat, že se daná pracovní látka nevypaří, nezačne vařit, nezmrzne nebo obecně nedojde k nějaký nežádoucí změně. Svým způsobem je výměník i radiátor. Z jedný strany do něj teče horká voda, z druhý odtýká studená, do žeber proudí studený vzduch a prostupem přes radiátor se ohřeje. Když si to namodeluju v do nějaký představitelný podoby, t11 horký vstup vody do primáru = 50°C, t12 výstup ochlazený vody z primáru = 30°C, t21 vstup vzduchu na sekundáru pod radiátor = 20°C, t22 výstup vzduchu stoupající nad radiátor = 30°C. Sřílím to od boku jen pro představu. Rozdíl ve vstupech je 50-20=30°C. Co se asi tak může stát se vzduchem, když ho ohřeju o 30°C? Asi nic zásadního. Kdyby ale na straně primáru byla třeba pára a na sekundáru voda, už tam nějaký omezení vidim. Na vstup primáru pára 150°C, na vstup sekundáru voda 10°C a je v topení malér, protože rozdíl by byl 140 °C a to voda bude vařit, natlakuje se to a pojišťovák vyplivne. To je můj laický pohled na snášení teploty pracovních látek.

[Ilja]

Když to dáme všechno dohromady, je účinnost poměr mezi možným výkonem a reálným výkonem. To je celkem hezký, ale když udělám výměník z lázeňský oplatky bude mít unikátní účinnost. Má omezenou provozní teplotu /někde kolem 20°C/, protože při poklesu přívodní teploty dojde k destruktivní kondenzaci (výměník se rozpustí). Při teplotě 20°C před domem a 20°C v domě je efekt 100%. Dělám si srandu, ale porovnával by se výměník oplatkový s nejlepším (ideálním) oplatkovým nebo s ideálním technicky realizovatelným nebo s ideálním imaginárním?

[metball]

Ave PT diskutéři!
Sorry, je hezky, jsem furt někde v luftě (abych v zimě nemusel tak moc "žrát kamení" ).

A když si dáváte 5. den šestnáctku až osmnáctku (ani v posteli, ni v tupláku), fakt není chuť na buditelskou charitu .

Až se trochu zlomí počasí, tak v mezičase analýz ...

Ale zatím bojujte - jste stateční!

iGoNY

P.S.:
"Chladič v autě? Znáš?"
Výměník.
Voda - vzduch.
Křížový se zvětšenou teplosměnnou plochou ve směru proudění vzduchu.

Snížení jeho účinnosti?
Jó, běžně např.
1) Hmyz na náběžných hranách radiátorových ploch (+ snížení průtočného průřezu + zvýšení turbulencí + ...) - vše ty "blbé muchy".
2) "Kotelní kámen" v trubkách (dtto jako muchy).
...
99) Stání v koloně.
100) Zabránit vyvaření?
Okamžitě pustit topení do auta (další výměník).
101) Když nestačí odváděný výkon?
Ventilátor naplno, ... ale bacha, jeho provoz zase zvýší odběr na alternátoru, tím vyprodukované teplo motorem ...

Tož tak je to se 101 Dalmatiny.
A to jsem měl chuť do toho mixnout i tepelný čerpadlo

[Ilja]

"Chladič v autě? Znáš?"

Ave Metball! Ideální chladič nemá mouchy, nemá zarostlý trubky, má nejvyšší přestup tepla..je ale limitován tou reálnou teorií , že v něm vaří voda při 100°C (možná snese nějaký tlak a posune si o foussss bod varu), zamrzá pod 0°C, drží se fyziky, ale nehledí na um techniků...je tak?

[metball]

... Ideální chladič ... drží se fyziky, ale nehledí na um techniků...je tak?

Vedle!
Vo prsa - ale vo malý!
Právě technici mají za úkol,
aby voda i při 647.096 K
byla stále ještě hodna svého jména
(iGIN'sKEY - kritický bod).

Pod 273.15K (trojný bod)
se zase starají ti z cechu novodobých alchymistů,
kteří "vasrůvku pančují" (třebas profláklým "rakouským vínem z roku+-75" ),
ale taky např. superčistí a ona se pak chová řádově jinak.

Fyzikové jen blahosklonně přihlížejí (analyzují)
a/nebo spolu s techniky vymýšlejí (ad absurdum)
a testují (syntézují - ad minimum)
co a jak ještě mazaněji udělat.

To jenom k té teplotní diferenci "skoroobyčejné vody".
Není něco kolem 100K = 100°C,
ale cca 4x víc.
Leč ani "o prd" víc .

iGoNY

[Kamca78]

Pánové, akademická debata má svoji úroveň, ale jako zákazník a ženská mám z toho celého jen dojem, že s účinností rekuperačních jenotek není vše v pořádku. Je možné vůbec říct, na kolik se mi v jednotce s teoretickou 100% účinností ohřeje venkovní vzduch z 0 st. při odvětrávání 22 st. celsia? Oba proudy vzduchu jsou stejné.

[jarda]

při 100% účinnosti na stejnou teplotu jako výstupní, tedy 22°C

[Martin Šperl]

Vraťme se k maximálnímu vyměnitelnému výkonu v rekuperačním výměníku.
Pmax = (QmCp)min . (t11-t21)
V praxi máme skoro všechny hodnoty známé.
Qm je průtokové množství vzduchu. Nová norma EN15665 říká, že bychom měli větrat trvale 0,3 x objem místnosti. Zkusme se chvíli držet orientační hodnoty na osobu 25m3.h-1, průměrné 4 osoby v domě a máme běžné Qm = 100 m3. h-1. Měli bychom hodnotu převést na kg.s-1, sekundy nebudou problém (hodina jich má 3600), jinak to bude u "vážení" vzduchu. Nechme prozatím 1,29 kg jako hmotnost 1m3 vzduchu při 0°C, Qm = 0,035 kg.s-1. Cp je měrná tepelná kapacita vzduchu při konstantnímu tlaku a teplotě 0°C = 1003 J.(kg-1.K-1), t11 - t21 je rozdíl teplot odtahu z místnosti a sání venkovního vzduchu = 20°C - 0°C = 20 . Dosadíme do vzorce naše hodnoty P = 0,035 . 1003 . 20 = 702,1 W. Nespočítali jsme maximální tepelný výkon, ale nejvyšší možný výkon, který by v ideálním případě mohl získat venku nasávaný suchý vzduch o teplotě 0°C od odtahovaného z domu o teplotě 20°C v deskovém výměníku. Jenže ono to má celé jeden háček, počítal jsem hodnoty suchého vzduchu, což by pro orientaci mohlo stačit. Vlhký vzduch obsahuje různé množství vody a ještě k tomu v různé formě (pára, jinovatka, námraza, pro nasávání venkovního vzduchu třeba i sníh). Úplně nechme stranou mastné páry z kuchyní atd.
..
Ve vzduchotechnice se nejběžněji počítá s měrnou vlhkostí vzduchu, která vyjadřuje poměr kg vodní páry na kg suchého vzduchu. Pro nás bude důležitá měrná hmotnost, která je součtem hmotnosti suchého vzduchu a obsažené vody. Tady prosím o pozornost. Když do suchého vzduchu přidáme určité množství vody mění se nám Qm a zároveň i Cp, resp. Cv. Nesmíme zapomínat, že vedle měrné tepelné kapacity vzduchu, máme i měrnou tepelnou kapacitu vody a ještě hůře voda má jinou měrnou tepelnou kapacitu v různém skupenství 4200J.(kg-1.K-1), led (sníh) jen 2100J.(kg-1.K-1), s tím souvisí i výparné teplo vody (pro naše podmínky teplot a tlaku v deskových výměnících můžeme počítat s hodnotou 2500J.g-1).Teď to musíme všechno namixovat, abychom věděli, jakou měrnou hmotnost bude mít 100m3.h-1 čerstvého vzduchu nasávaného z venku a s jakou měrnou tepelnou kapacitou máme násobit a jaké výparné teplo připočíst, abychom se mohli dostat k výpočtu výkonu. Oklikou se dostáváme k entalpii a vzorec bychom mohli upravit. Dokonce by to bylo zajímavé s ohledem na námrazy a jinovatky (výparné teplo ledu) u teplot pod 0°C. To už by stejně nikdo nečetl.

[Martin Šperl]

Proč vlastně všechny tyto nezáživné výpočty. Snažím se vysvětlit, proč nemám rád definování účinnosti jako jedné z nejzásadnější vlastnosti rekuperačních výměníků. V předcházejících příspěvcích jsem se snažil o vysvětlení, že přenesitelný výkon ovlivňuje obsah vodní páry ve vzduchu, který vstupuje na primární/sekundární stranu výměníku. K suchému vzduchu se přidává různé množství vodní páry. Podstatné je, že na teplejší (primární) straně, což je odtah z místnosti je mnohem více vodní páry ve vzduchu než na chladnější (sekundární), což je sání z venku. Z toho plyne, že jsou rozdílné výkony a účinnost definovaná jen na základě teplot, je značně nepřesná. Paradoxem je i to, že teoretické 100% vyrovnání teplot odtah/přívod po rekuperaci neznamená, že jsme dokonale využili veškerý energetický potenciál odtahovaného vzduchu.
Dalším paradoxem je i to, že entalpie (energetický potenciál) venkovního vzduchu i v rámci naší malé země je rozdílný a z toho plyne, že stejný výměník může mít jiný výkon v Bruntále a v Břeclavi.

[janulo]

uz len ocakavajme vymennik s ucinnostou nad 100%, co asi nebude naozaj ucinnost, len ucinnost podla definicie, kondenzacne kotly to uz dokazali

[mirek]

Je vubec mozno s pasivni rekuperaci, ktera ma beznou ucinnost dosahnout hodnoty 15kW/m2 spotreby tepla na vytapeni? Samozrejme za predpokladu, ze vetrani probiha podle normy.