Ηλεκτροτεχνικές...

54
Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογές Ενότητα 5: Συσκευές Τεχνολογίας Κύκλου Συμπίεσης Γεώργιος Χ. Ιωαννίδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Transcript of Ηλεκτροτεχνικές...

Page 1: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογές Ενότητα 5: Συσκευές Τεχνολογίας Κύκλου Συμπίεσης

Γεώργιος Χ. Ιωαννίδης

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Page 2: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Άδειες Χρήσης

• Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons.

• Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

2

Page 3: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Χρηματοδότηση • Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια

του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.

• Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού.

• Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

3

Page 4: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Σκοποί Ενότητας

Ο στόχος της 5ης Ενότητας είναι να έρθει ο φοιτητής σε επαφή με συσκευές τεχνολογίας κύκλου συμπίεσης. Συγκεκριμένα ενημερώνεται σχετικά με τη βασική ψυκτική διάταξη, τον

ψυκτικό κύκλο, τα ψυκτικά μέσα. Επίσης, σε αυτή την ενότητα μαθαίνει για τον τρόπο λειτουργίας των αντλιών θερμότητας και τα βασικά μέρη από τα οποία αποτελούνται. Τέλος, έρχεται σε επαφή με εφαρμογές των αντλιών θερμότητας σε εφαρμογές

θέρμανσης χώρων και Ζεστού Νερού Χρήσης (ΖΝΧ).

4

Page 5: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Περιεχόμενα Ενότητας

• Εισαγωγή στην Ψύξη • Ψυκτικά Μέσα και Ιδιότητες • Κλασικά Ψυκτικά Μέσα

Αμμωνία (NH3) • Κλασικά Ψυκτικά Μέσα

Διοξείδιο του Άνθρακα (CO2)

• Κλασικά Ψυκτικά Μέσα Διοξείδιο του Θείου (SO2)

• R - Ψυκτικά Μέσα • Γενικές Ιδιότητες των R-

Ψυκτικών Μέσων 5

• Κύριες Ιδιότητες - Χρήσεις των Συνηθέστερων Ψυκτικών Μέσων

• Αντλίες Θερμότητας • Εξαρτήματα Αντλίας

Θερμότητας • Διάκριση Αντλιών

Θερμότητας • Πηγές Θερμότητας • Ηλεκτρική Θέρμανση Νερού

Page 6: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (1) Παραγωγή ψύξεως:

Θερμικές συναλλαγές που συνοδεύουν την αλλαγή φάσεως σώματος (από τη υγρή στην αέρια).

• Ατμοποίηση

• Εξάτμιση

6

q

Στοιχειώδη Ψυκτική Διάταξη Ασυνεχούς Λειτουργίας

Page 7: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (2)

Κλειστό Δοχείο με Πτητικό Υγρό:

• Επικοινωνία δοχείου με περιβάλλον (ατμοσφαιρική πίεση).

• Εκδίωξη του αέρα από τους ατμούς του υγρού (εξάτμιση).

• Συνύπαρξη μόνο ατμού και υγρού στο δοχείο (ατμοποίηση).

• Συνεχής παραγωγή ατμού (λόγω ψύξεως του περιβάλλοντος).

Ατμοσφαιρική πίεση ατμοποίησης 760 Torr = 1.013bar.

7

Page 8: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (3)

Στη περίπτωση που το υγρό είναι υγροποιημένο προπάνιο:

• Θερμοκρασία δοχείου = θερμοκρασία ατμοποιήσεως προπανίου (στα 1.013 bar) = - 42.1 oC.

• Η θερμοκρασία παραγωγής ψυκτικής ισχύς εξαρτάται από:

• Το εργαζόμενο σώμα

• Την πίεση που λαμβάνει χώρα η ατμοποίηση.

Θερμότητα ατμοποίησης προπανίου (στα 1.013 bar) = 425.6 kJ/Kg.

8

Page 9: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (4) Βασική Ψυκτική Διάταξη:

9

ΨΥΧΟΜΕΝΟΣ ΧΩΡΟΣ

ΨΥΚΤΙΚΟ ΔΟΧΕΙΟ(ΑΤΜΟΠΟΙΗΤΗΣ)

ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ

ΕΚΤΟΝΩΤΙΚΗ ΒΑΛΒΙΔΑ

ΣΥΜΠΥΚΝΩΤΗΣ

• Οι ατμοί του ψυκτικού υγρού συλλέγονται, συμπυκνώνονται σε υγρή φάση και επανέρχονται στο δοχείο εξάτμισης.

• Για την ψύξη και συμπύκνωση πρέπει η Τ συμπύκνωσης > Τ περιβάλλοντος.

• Οι ατμοί συμπιέζονται ώστε να ανέβει η θερμοκρασία τους.

Page 10: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (5)

Βασική Ψυκτική Διάταξη. 10

• Η υψηλή πίεση του υγρού ψυκτικού πρέπει να επανέλθει στην αρχική της χαμηλή τιμή για να μπορεί πάλι να ατμοποιηθεί.

• Η βαλβίδα εκτόνωσης (στραγγαλισμού) μειώνει την πίεση. • Το υγρό ψυκτικό σώμα χαμηλής πίεσης ατμοποιείται στο χώρο του

ατμοποιητή. • Ο κύκλος επαναλαμβάνεται συνεχώς.

2

1

4

5

3

ΘΕΡΜΕΝΟΜΕΝΟΣ ΧΩΡΟΣ

ΣΥΜΠΥΚΝΩΤΗΣ

ΑΤΜΟΠΟΙΗΤΗΣ

ΨΥΧΟΜΕΝΟΣ ΧΩΡΟΣ

ΕΚΤΟΝΩΤΙΚΗ ΒΑΛΒΙΔΑW

ΥΨΗΛΗ ΠΙΕΣΗ

ΧΑΜΗΛΗ ΠΙΕΣΗ

Page 11: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (6)

11

Η Βασική Ψυκτική Διάταξη Περιλαμβάνει:

• Μηχανικό συμπιεστή (εμβολοφόρο περιστροφικό). • Στοιχείο συμπύκνωσης (αερόψυκτο ή υδρόψυκτο). • Διάταξη εκτόνωσης ή στραγγαλισμού. • Στοιχείο ατμοποίησης. • Διατάξεις αυτόματης λειτουργίας και ασφάλειας.

Page 12: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (7)

12

Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή 1→2: Συμπίεση Μέσου.

Όπου η παροχή μάζας του ψυκτικού υγρού

( )2 1W h h m•

= −•

m

Page 13: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (8)

13

Βασικός Ψυκτικός Κύκλος:

• Μεταβολή 2→3 →4: Ψύξη μέσου μέχρι πλήρη υγροποίηση του (dpΣ= 0). Αποβαλλόμενη Θερμότητα:

• Μεταβολή 4→5: Ισενθαλπικός Στραγγαλισμός (dh=0).

( )2 4Q h h m•

Σ = −

• Μεταβολή 5→1: Πλήρη Ατμοποίηση , Μέσου (dpψ = Σταθερό). Ψυκτική Ισχύς:

( )5 1Q h h m•

Ψ = −

• Ψυκτική Ικανότητα: q= h1-h5= h1-h4.

Page 14: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (9)

14

Ενεργειακός Ισολογισμός:

( )( )

( )( )

1 4 1 4Ψ•

2 12 1

Θεωρητική ψυκτική ισχύςCP= =Θεωρητικό έργο συμπιεστή

m h -h h -hQ= = =W h -hm h -h

Q Q WΣ Ψ= +

• Συντελεστής Συμπεριφοράς:

• Ο Συντελεστής: CP < ή > 1.

Page 15: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εισαγωγή στην Ψύξη (10)

15

Κύκλος Ψυκτικής Διάταξης Υπόψυξης και Υπερθέρμανσης:

• Αύξηση Ψυκτικής Ισχύος λόγω Υπόψυξης:

• Η Υπερθέρμανση Ψυκτικού μέσου δεν συνεισφέρει στην ψυκτική ισχύ.

( ) ( )'1 5 1 5Q m h h m h h

• •

Ψ = − > −

Page 16: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Ψυκτικά Μέσα και Ιδιότητες (1)

16

Ψυκτικά Μέσα: Φορείς μέσω των οποίων επιτυγχάνεται ανταλλαγή ποσών θερμότητας.

Ιδιότητες Ψυκτικών Μέσων:

Χημικές Ιδιότητες: • Χημική Ευστάθεια. • Χημική Αδράνεια. • Μη Αναφλέξιμα.

Θερμικές Ιδιότητες: • Θατμοπ. < Θπεριβάλ. (@ 1Atm). • Pσυμπυκν. Όχι Υπέρμετρα Υψηλή. • Pτμοπ. Όχι Υπέρμετρα Χαμηλή. • Θκρίσιμη Αρκετά Υψηλή. • Θπήξεως Αρκετά Χαμηλή.

Page 17: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Ψυκτικά Μέσα και Ιδιότητες (2)

17

Φυσιολογικές Ιδιότητες: • Μη τοξικά. • Μη προσβολή αναπνευστικού συστήματος. • Εύκολη αντίληψη τους δια οσφρήσεως. Οικονομικές Απαιτήσεις: • Κόστος αγοράς. • Εύκολη εύρεση.

Page 18: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κλασικά Ψυκτικά Μέσα Αμμωνία (NH3) - (1)

18

• Περιοχή χρήσεως από –60 oC ÷ +10 oC. • Σημείο ζέσεως –33.4 oC. • Μοριακό βάρος 17.03 • Χαμηλό κόστος αγοράς • Υψηλή ογκομετρική ψυκτική απόδοση. • Απεριόριστη διαλυτότητα στο νερό. • Ελάχιστα διαλυτή στα λιπαντικά έλαια.

Page 19: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κλασικά Ψυκτικά Μέσα Αμμωνία (NH3) - (2)

19

• Δεν προσβάλει το χάλυβα και το χυτοσίδηρο. Ισχυρά τοξική. • Αντιληπτή σε περιεκτικότητα 0,0005 Vol.% NH3 στον αέρα. • Υπό περιεκτικότητα 0,005 Vol.% NH3 στον αέρα είναι

ενοχλητική και προϋποθέτει εξοικείωση. • Υπό περιεκτικότητα 0,03 Vol.% NH3 , η παραμονή είναι

αδύνατη. • Περιεκτικότητες από 0,2 έως 0,3 Vol.% NH3, επιφέρουν μετά

από 0.5 έως 1 ώρα το θάνατο. • Περιεκτικότητες από 0,5 έως 0,6 Vol.% NH3, επιφέρουν μετά

από 0.5 της ώρας τύφλωση και θάνατο.

Page 20: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κλασικά Ψυκτικά Μέσα Διοξείδιο του Άνθρακα (CO2)

20

• Σχεδόν δεν χρησιμοποιείται. • Η χρήση του οδηγεί σε υψηλές πιέσεις. • Σημείο ζέσεως –78 oC (@ 1 Atm). • Μοριακό βάρος 44. • Πίεση στους 0 οC : 35 Atm • Πίεση στους 50 οC : >>60 Atm

Page 21: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κλασικά Ψυκτικά Μέσα Διοξείδιο του Θείου (SO2)

21

• Δεν χρησιμοποιείται λόγω ισχυρής τοξικότητας. • Σημείο ζέσεως : –10 oC (@ 1 Atm). • Μοριακό βάρος : 64 • Πίεση στους 0 οC : 2 Atm • Πίεση στους 50 οC : 9Atm

Page 22: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

R - Ψυκτικά Μέσα

22

• Χλωριούχα και φθοριούχα παράγωγα μεθανίου και αιθανίου.

• Εμπορική Ονομασία: FREON, GENETRON, ISOTRON κτλ.

• Γενικός Χημικός Τύπος: CmHnFpClq Όπου n+p+q= 2m+2

• Χαρακτηρισμός τους από παράσταση της μορφής R xyz. x= m-1 m= x+1 y= n+1 n= y-1 z= p p= z

Page 23: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Γενικές Ιδιότητες των R-Ψυκτικών Μέσων

23

• Ισχυρή μείωση της τοξικότητας. • Μη αναφλέξιμα. • Άοσμα. • Δεν προκαλούν χημικές αλλοιώσεις. • Χημικά ευσταθή. • Δεν προσβάλλουν τα περισσότερα μέταλλα. • Διαλύουν μικρές ποσότητες νερού.

Page 24: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κύριες Ιδιότητες - Χρήσεις των Συνηθέστερων Ψυκτικών Μέσων (1)

24

R11 (Τριχλωροφθορομεθάνιο, CCl3F):

• Σημείο ζέσεως: 23.77 οC (@ 1 Atm). • Μοριακό βάρος: 137.37. • Θερμοκρασιακή περιοχή χρήσης:-30 οC έως –20 οC. • Χρησιμοποιείται σε μονοβάθμιους και πολυβάθμιους

φυγοκεντρικούς συμπιεστές μεγάλης ισχύος (5 έως 6.000.000 kcal/h).

Page 25: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κύριες Ιδιότητες - Χρήσεις των Συνηθέστερων Ψυκτικών Μέσων (2)

25

R12 (Διχλωροδιφθορομεθάνιο, CCl2F2). • Σημείο ζέσεως: -29.80 οC (@ 1 Atm). • Μοριακό βάρος: 120.92. • Θερμοκρασιακή περιοχή χρήσης:-40 οC έως +10 οC. • Χρησιμοποιείται σε ψυκτικές εγκαταστάσεις μικρού και

μεσαίου μεγέθους.

Page 26: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κύριες Ιδιότητες - Χρήσεις των Συνηθέστερων Ψυκτικών Μέσων (3)

26

R13 (Χλωροτριφθορομεθάνιο, CClF3). • Σημείο ζέσεως: -81.40 οC. • Μοριακό βάρος: 104.47. • Θερμοκρασιακή περιοχή χρήσης:-100 οC έως -70 οC. • Χρησιμοποιείται σε ψυκτικές εγκαταστάσεις παραγωγής πολύ

χαμηλών θερμοκρασιών.

Page 27: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κύριες Ιδιότητες - Χρήσεις των Συνηθέστερων Ψυκτικών Μέσων (4)

27

R22 (Χλωροδιφθορομεθάνιο CHClF2). • Σημείο ζέσεως: -40.81°C (@ 1 Atm). • Μοριακό βάρος: 86.47. • Θερμοκρασιακή περιοχή χρήσης. • Χρησιμοποιείται σε κλιματιστικές μονάδες

Page 28: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κύριες Ιδιότητες - Χρήσεις των Συνηθέστερων Ψυκτικών Μέσων (5)

28

R410A (Αζεοτροπικό Ψυκτικό Μέσο, μίγμα HFC-32 (CH2F2) κατά 50% και HFC-125 (CHF2CF3) κατά 50%). • Σημείο ζέσεως: -52,7°C (@ 1 Atm). • Μοριακό βάρος: 72,6. • Ως αντικαταστάτης του R22 χρησιμοποιείται:

• Σε οικιακές και ελαφρώς εμπορικές κλιματιστικές μονάδες • Σε μεσαίας και χαμηλής θερμοκρασίας συστήματα

εμπορικής ψύξης όπως ψυγεία επίδειξης super markets και σε συστήματα ψύξης αυτοκινήτων.

Page 29: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Κύριες Ιδιότητες - Χρήσεις των Συνηθέστερων Ψυκτικών Μέσων (6)

29

R407C (Αζεοτροπικό ψυκτικό μέσο, μίγμα HFC-32 (CH2F2) κατά 23%, HFC-125 (CHF2CF3) κατά 25% και HFC-134a (CH2FCF3) κατά 52% ). • Σημείο ζέσεως: -43.7°C (@ 1 Atm). • Μοριακό βάρος: 86,2. • Ως αντικαταστάτης του R22 χρησιμοποιείται:

• Σε οικιακές και ελαφρώς εμπορικές κλιματιστικές μονάδες • Σε μεσαίας και χαμηλής θερμοκρασίας συστήματα

εμπορικής ψύξης όπως ψυγεία επίδειξης super markets και σε συστήματα ψύξης αυτοκινήτων.

Page 30: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Αντλίες Θερμότητας (1)

30 Αρχή Λειτουργίας Αντλίας Θερμότητας

Page 31: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Αντλίες Θερμότητας (2)

31

Αρχή Λειτουργίας Αντλίας Θερμότητας:

• Ενεργειακός ισολογισμός: H LQ Q W= + (1)

• Συντελεστής απόδοσης CPHP (Coefficient of Performance):

1H L LHP

Q Q W QCPW W W

+= = = + (2)

Από τις ψυκτικές διατάξεις ο CPREF Ισχύει:

LREF

QCPW

= (3)

Από τις (2) και (3) προκύπτει: 1HP REFCP CP= + (4)

Page 32: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Αντλίες Θερμότητας (3)

32

• Συντελεστής Απόδοσης CPHP για την ιδανική περίπτωση της μηχανής Carnot:

H H HHP

H L H L

Q Q TCPW Q Q T T

= = =− −

• Όσο πιο κοντά είναι οι TH και TL τόσο περισσότερο βελτιώνεται ο συντελεστής CPHP (και το αντίστροφο).

• Όταν οι TH και TL διαφέρουν σημαντικά:

• Μειώνεται η ικανότητα για μεταφορά θερμότητας από την αντλία και

• Αυξάνονται και οι απώλειες θερμότητες ενός χώρου.

Page 33: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Αντλίες Θερμότητας (4)

33

Πραγματικός συντελεστής απόδοσης ολικού βαθμού απόδοσης της αντλίας n από τις απώλειες του συστήματος (Απώλειες

σωληνώσεων, ηλεκτροκινητήρα, συμπιεστή, ηλεκτροβάνων, ανεμιστήρων κ.α.):

HHP

H L

TCP nT T

=−

Page 34: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Αντλίες Θερμότητας (5)

34

• Συντελεστής Συμπεριφοράς Εποχικής Θέρμανσης (HSPF):

Ικανοποιητικές τιμές HSPF: 5, 6 ή 7

• Λόγος απόδοσης εποχιακής ενεργειας για την ψύξη (SEER):

Ικανοποιητικές τιμές SEER: 8, 9 ή 10

εποχιακή θερμότητα εξόδου BTUsHSFP= συνολική ενέργεια κατανάλωσης Watts-hours

εποχιακή ψυκτική ενέργεια εξόδου BTUsSEER= συνολική ενέργεια κατανάλωσης Watts-hours

Page 35: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εξαρτήματα Αντλίας Θερμότητας (1)

35

• Εξατμιστής • Συμπιεστής • Κινητήρας • Συμπυκνωτής • Εκτονωτική Βαλβίδα

Page 36: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εξαρτήματα Αντλίας Θερμότητας (2)

36

Εξατμιστής Διάκριση με βάση τον τρόπος εκτόνωσης:

• Ξηρής εκτόνωσης • Υγρής εκτόνωσης

Διάκριση με βάση το μέσο απορρόφησης: • Εξατμιστές με κυκλοφορία αέρα. • Εξατμιστές με κυκλοφορία υγρού.

Διάκριση με βάση την εξωτερική μορφή: • Γυμνούς • Με πτερύγια • Τύπου πλάκας

Page 37: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εξαρτήματα Αντλίας Θερμότητας (3)

37

Συμπιεστής Διακρίνεται σε:

• Εμβολοφόρο • Περιστροφικού τυμπάνου • Φυγοκεντρικό

Επίσης σε:

• Κλειστού τύπου (Μικρά συστήματα) • Ημίκλειστου τύπου (Μεσαία συστήματα ισχύος < 150 ΚW) • Ανοικτού τύπου (Μεγάλα συστήματα ισχύος > 150 KW)

Κινητήρας Ασύγχρονος μονοφασικός ή τριφασικός.

Page 38: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εξαρτήματα Αντλίας Θερμότητας (4)

38

Συμπυκνωτής Διακρίνεται σε:

• Αερόψυκτος Μέσο Ψύξης: Αέρας Αναλόγως του τρόπου κυκλοφορίας του αέρα διακρίνεται σε:

• Συμπυκνωτή φυσικής κυκλοφορίας του αέρα. • Συμπυκνωτή κυκλοφορίας του αέρα με επέμβαση.

Page 39: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εξαρτήματα Αντλίας Θερμότητας (5)

39

Υδρόψυκτος Διακρίνεται σε:

• Συμπυκνωτή συστοιχίας σωληνώσεων κλειστών εντός περιβλήματος.

• Συμπυκνωτή διπλών ομοαξονικών σωλήνων. • Συμπυκνωτή σπειροειδούς σωλήνα.

Μέσο ψύξης: Νερό

Page 40: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εξαρτήματα Αντλίας Θερμότητας (6)

40

Εξατμιστικός • Συμπύκνωση με εξάτμιση μικρών ποσοτήτων νερού με την

βοήθεια ρεύματος αέρα. • Πλεονέκτημα: χρήση μικρής ποσότητας νερού (συγκριτικά με

τους υδρόψυκτους). • Μειονέκτημα: δαπανηρή συντήρηση.

Page 41: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εξαρτήματα Αντλίας Θερμότητας (7)

41

Εκτονωτική Βαλβίδα

Διακρίνεται σε: • Χειροκίνητη • Βαλβίδα με πλωτήρα • Αυτόματη • Θερμοστατική

Page 42: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Διάκριση Αντλιών Θερμότητας (1)

42

Χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με:

Το Είδος Κινητήρα: • Ασύγχρονος 1Φ ή 3Φ. • Κινητήρας εσωτερικής καύσης. • Κινητήρας εξωτερικής καύσης.

Την Θέση των Εξαρτημάτων – Μηχανισμών:

• Ενιαίες ή αυτόνομες • Διαιρούμενες

Page 43: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Διάκριση Αντλιών Θερμότητας (2)

43

Τη Θέση Τοποθέτησης:

• Αντλία θερμότητας παραθύρου • Αντλία θερμότητας τοίχου • Αντλία θερμότητας δαπέδου • Αντλία θερμότητας οροφής

Τον Τρόπο Αναστροφής του Κύκλου:

• Σταθερού ψυκτικού μέσου • Μεταβλητού ψυκτικού μέσου

Page 44: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Διάκριση Αντλιών Θερμότητας (3)

44

Την Πηγή Άντλησης της Θερμότητας και του Μέσου Απόδοσης του: • Αέρα-Αέρα • Αέρα-Νερού • Νερού-Αέρα • Νερού-Νερού • Εδάφους-Αέρα • Εδάφους-Νερού

Page 45: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Πηγές Θερμότητας (1)

45

Ο Αέρας:

• Βρίσκεται σε αφθονία στη φύση (συνηθέστερη πηγή θερμότητας).

• Μικρού μεγέθους αντλίες θερμότητες. • Χαμηλό κόστος εγκατάστασης. • Μειονέκτημα: η θερμοκρασία του μεταβάλλεται συνεχώς

εντός μεγάλου διαστήματος.

Page 46: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Πηγές Θερμότητας (2)

46

Το Νερό: • Επίγειο: Λίμνες, θάλασσες, ποτάμια. • Υπόγειο οπότε αντλείται. • Έξοδα άντλησης και συντήρησης φρεατίων και των

αποχετεύσεων. • Μικρή μεταβολή της θερμοκρασίας. • Δεν απαιτείται σύστημα απόψυξης. • Περιορισμοί χρήσης θαλασσινού νερού: • διατήρηση ανοικτών εισόδων νερού λόγω άμμου και

θαλάσσιων οργανισμών. • Χρήση μη διαβρωτικών υλικών που οδηγεί σε αύξηση

συνολικού κόστους εγκατάστασης.

Page 47: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Πηγές Θερμότητας (3)

47

Το Έδαφος: • Πλεονέκτημα: Σταθερή θερμοκρασία. • Μειονέκτημα: Μεγάλη έκταση για την απορρόφηση και

απόρριψη θερμότητας. • Στο δίκτυο των σωληνώσεων κυκλοφορεί αλατούχο διάλυμα

που διέρχεται από τον εξατμιστή. • Κατακόρυφη ή οριζόντια τοποθέτηση των υπόγειων

σωλήνων. • Αυξημένες δυσκολίες στην εγκατάσταση και στην συντήρηση

της εγκατάστασης.

Page 48: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Αντλία Θερμότητας Αέρα-Αέρα με Ηλεκτροκινητήρα

48

Εσωτερική μονάδα Εξωτερική μονάδα

Φιάλη συλλογής Συμπιεστής

Βάνα λειτουργίας χοντρού σωλήνα

Βάνα λειτουργίας λεπτού σωλήνα

Λεπτόςσωλήνας

Χοντρός σωλήνας

Εναλλακτής θερμότητας

Εναλλακτής θερμότητας

Τριχοειδής

Τριχοειδής

4οδη βαλβίδα

Κύκλος θέρμανσης

Κύκλος ψύξης

Υγρόφρέον

Αέριο φρέον

Συμπυκνωτήςψύξη

Εξαερωτήςθέρμανσης

Συμπυκνωτήςθέρμανσης

Εξαερωτήςψύξη

Αντλία θερμότητας αέρα-αέρα με ηλεκτροκινητήρα, τύπου split, επιτοίχιας τοποθέτησης, μεταβλητού κυκλώματος ψυκτικού μέσου.

Page 49: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Ηλεκτρική Θέρμανση Νερού

49

Βασικοί Τρόποι: Ηλεκτρικός Θερμοσίφωνας:

• Υψηλής Πίεσης • Χαμηλής Πίεσης

Αντλίες Θερμότητας Επαγωγική Θέρμανση

Page 50: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εφαρμογή Αντλίας Θερμότητας στην Θέρμανση Νερού (1)

50

HHP

motor

QCPW

=

• Συνδυάζεται με ταυτόχρονη θέρμανση νερού. • Μείωση των εξόδων θέρμανσης νερού κατά 60-70%. • Εξέταση απόδοσης αντλίας θερμότητας με το πραγματικό

συντελεστή απόδοσης:

QH: Θερμική ισχύς που παρέχεται (από τον συμπυκνωτή στο μέσο μεταφοράς) στο υπό θέρμανση νερό

Wmotor Ισχύς που απορροφά ο ηλεκτροκινητήρας που κινεί το συμπιεστή

Page 51: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Εφαρμογή Αντλίας Θερμότητας στην Θέρμανση Νερού (2)

51

• Αποθήκευση νερού σε κατάλληλα θερμικά μονωμένο δοχείο.

• Απώλειες θερμότητας προς το περιβάλλον ⇒ συντελεστής

απόδοσης nΘ .

• Οι συντελεστές απόδοσης CPHP και nΘ εξαρτώνται άμεσα από:

Θ= Θνερού - Θεξ.αέρα

Page 52: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

52

Βιβλιογραφία (1)

1. A. B. Μαχιάς, «Ηλεκτρομηχανολογικές Εγκαταστάσεις»,1984. 2. Α. Β. Μαχιάς, «Μελέτη και Σχεδίαση Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων»,

Εκδόσεις Συμεών, 1988. 3. Φ. Ι. Δημόπουλος, «Φωτοτεχνία , Ηλεκτρικές Συσκευές». 4. Φ.Ι. Δημόπουλος, «Κανονισμοί Ε.Η.Ε &Τυπολογία του Ηλεκτρολόγου». 5. Σ. Τουλόγλου, «Ηλεκτρικές Οικιακές Συσκευές», Εκδόσεις Ίων, 1998. 6. Σ. Τουλόγλου, Ε. Στέριου, "Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις, Εκδόσεις ΙΩΝ, 1991. 7. Π.Δ. Μπούρκας, «Εφαρμογές κτιριακών-βιομηχανικών μελετών και

εγκαταστάσεων», Εκδόσεις Συμεών. 8. Σ.Ν. Χαλικιά, «Θέρμανση-Ψύξη-Αερισμός», ΟΕΔΒ,1992.

Page 53: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

53

Βιβλιογραφία (2)

9. Δ. Κουρεμένου, Σ. Χατζηδάκη, «Σημειώσεις ψύξεως», Έκδοση Ε.Μ.Π. 10. Β. Σελλούντου, Χ. Σελλούντου, «Κλιματισμός και βιομηχανική ψύξη». 11. Σ. Αναστασιάδη, «Τεχνολογία της ψύξης και εργαστήρια». 12. Ν. Ξυγκάκης, «Σημειώσεις Ηλεκτροτεχνικών εφαρμογών Ι». 13. St.J. Chapman, «Ηλεκτρικές Μηχανές AC-DC», Εκδόσεις Τζιόλα, 2003. 14. www.watlow.com

Page 54: Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογέςeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file.php... · 2015. 7. 5. · Βασικός Ψυκτικός Κύκλος: • Μεταβολή

Τέλος Ενότητας