ENERGIESYSTEMEN 5 Docentenhandleiding

Transcriptie

1 ENERGIESYSTEMEN 5 Docentenhandleiding Herzien door: A. Drost Redactie: R.F.A. Sars _TransferW_energie5_WB_titelpag_docent.indd :31:48

2 Colofon Herzien door A. Drost Oorspronkelijke auteur A. Drost Redactie R.F.A. Sars Vormgeving binnenwerk en omslagontwerp TwinMedia bv, Culemborg Zetwerk (MW)², Doorwerth Tekeningen CADDesign, Utrecht F. Hessels, Almere-Stad ThiemeMeulenhoff ontwikkelt leermiddelen voor Primair Onderwijs, Algemeen Voortgezet Onderwijs, Beroepsonderwijs en Volwasseneneducatie en Hoger Beroepsonderwijs Meer informatie over ThiemeMeulenhoff en een overzicht van onze leermiddelen: of via onze klantenservice (088) ThiemeMeulenhoff, Amersfoort, 2012 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16 Auteurswet j het Besluit van 23 augustus 1985, Stbl., dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie (PRO), Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp ( Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet) dient men zich tot de uitgever te wenden. Voor meer informatie over het gebruik van muziek, film en het maken van kopieën in het onderwijs zie De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Degenen die desondanks menen zekere rechten te kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.

3 Inhoud 1 Luchtbehandelingsinstallaties 1 Factoren bij luchtbehandeling 1 Principes bij luchtbehandeling 1 Het H-x-diagram 2 Verdiepende opdracht 1 3 Afkoelen 3 Verwarmen 5 Menging van lucht 5 Luchtfilters 6 Verdiepende opdracht 2 7 Toepassen van luchtfilters 7 Verdiepende opdracht 3 8 Zelftoets 9 Toets 11 Extra toets 13

4 .

5 1 Luchtbehandelingsinstallaties Factoren bij luchtbehandeling 1 Toepassingsvoorbeelden waarbij de drie aspecten afzonderlijk aan de orde zijn: aspect 1: verwarmen van een woning of het koelen met een losse airconditioningseenheid; aspect 2: regelen van de vochtigheid bij een tabaks- of papieropslag; aspect 3: een stofafzuiging in een ruimte met houtbewerkingsmachines. 2 De aspecten 1 en 2 worden beide toegepast bij de airconditioning in grotere supermarkten. 3 De aspecten 1 en 3 worden beide toegepast bij een combinatie van een cvinstallatie en een mechanische afzuiging, zoals voorkomt in nieuwere woningen. 4 De aspecten worden alle drie gezamenlijk toegepast in de airconditioning met extra filterinstallatie zoals die in ziekenhuizen te vinden is. 5 Warmtebelastingen die gunstig zijn tijdens verwarmen maar ongunstig tijdens koelen van een vertrek: warmteafgifte door personen, verlichting, enzovoort; condensatiewarmte van waterdamp; stralingswarmte. 6 Een goede luchtkwaliteit betekent dat de lucht een goede zuiverheid heeft wat betreft stofdeeltjes en bacteriën. Principes bij luchtbehandeling 7 De stand van de klep wordt geregeld door de temperatuur van de te verwarmen of te koelen ruimte.

6 2 ENERGIESYSTEMEN 5 8 Bij een bypassregeling komen alleen de standen a en b voor. Bij een bypassregeling wordt namelijk óf alleen gekoeld óf alleen verwarmd, en de stand van de kleppen bepaalt waar de koele of warme lucht heen gaat. 9 Bij een mengregeling hebben we te maken met stand c. Zo wordt warme met koude lucht gemengd tot de gewenste temperatuur De kleppen bij A en B zorgen voor een mengregeling. 2 Bij de verwarmer en koeler hebben we een ventielregeling. 3 De roosters in de vertrekken zorgen voor een volumeregeling. 11 De kleppen bij A en B samen met de verwarmer en koeler vormen een gecombineerde regeling. 12 De volumeregeling in de vertrekken is vervangen door een mengregeling. Het H - x -diagram 13 Bij een RV van 80% en een temperatuur van 20 EC geldt een p d van 1,85 kpa. p atm = p l + p d Y p l = p atm! p d = 99,5 kpa! 1,85 kpa = 97,65 kpa 14 Bij een RV van 40% en een temperatuur van 20 EC geldt een p d van 0,9 kpa. p atm = p l + p d = 97,65 kpa + 0,9 kpa = 98,55 kpa 15 a De absolute vochtigheid is vanuit het snijpunt van beide temperaturen in verticale richting bovenaan op de horizontale as met waarden van x af te lezen: x = 8,7 g water/kg lucht. b Bij verzadigde lucht zijn de droge- en natteboltemperatuur gelijk. Bij aflezing op dezelfde manier blijkt 1 kg verzadigde lucht 14,8 g water te bevatten. c De relatieve vochtigheid is de verhouding tussen de absolute vochtigheid en de verzadigde dampdruk bij 20 EC: p d RV = 100% = 100% = 59% p verz 8,7 g/kg 14,8 g/kg 16 Deze lucht ligt net buiten het behaaglijkheidsgebied en zal als enigzins koud worden ervaren. 17 Bij de drogeboltemperatuur van 20 EC raken we bij een RV van 70% net het behaaglijkheidsgebied. De hoeveelheid waterdamp is dan 10,3 g water/kg lucht. Er moet dus 10,3! 8,7 = 1,6 g water/kg lucht toegevoerd worden. 18 Vanuit het snijpunt van de lijn van de drogeboltemperatuur en de kromme van de RV vinden we via de naar linksboven lopende lijnen: a H = 45,0 kj/kg; b H = 39,5 kj/kg; deze situatie is dus energietechnisch gunstiger.

7 1 LUCHTBEHANDELINGSINSTALLATIES 3 Verdiepende opdracht 1 Tussen de 22 EC en 24 EC. Bij deze temperaturen loopt het behaaglijkheidsgebied vanaf een RV-waarde van 35% tot een RV-waarde van 70%. 19 RV = 35%; natteboltemperatuur = 11,5 EC; H = 32 kj/kg; dauwpunt = 4 EC Afkoelen 20 a natteboltemperatuur: 5 EC; b x = 5,3 g water/kg lucht; c condens: 7,2! 5,3 = 1,9 g water/kg lucht; d )H = 37! 18 = 19 kj/kg lucht.

8 4 ENERGIESYSTEMEN De hoeveelheid water per uur is: (10,6! 7,2) g water/kg lucht 0,02 kg lucht/s 3600 s/uur = 245 g water/uur ofwel 0,245 kg water/uur 23 )H = 56,6! 26 = 30,6 kj/kg lucht, dus hoeveelheid per uur af te voeren warmte: 30,6 kj/kg lucht 0,02 kg lucht/s 3600 s/uur = 2203 kj/uur

9 1 LUCHTBEHANDELINGSINSTALLATIES 5 24 )H = 37! 26 = 11 kj/kg lucht, dus hoeveelheid per uur toe te voeren warmte: 11 kj/kg lucht 0,02 kg/s 3600 s/uur = 792 kj/uur Verwarmen 25 Het snijpunt van de verticale lijn vanuit de beginsituatie en de schuine lijn vanuit de eindsituatie geeft een snijpunt bij een drogeboltemperatuur van 42,5 EC en een vochtigheid van 4,5 g water/kg lucht (RV = circa 9%). 26 In de eindsituatie is de vochtigheid 11,9 g water/kg lucht. De hoeveelheid in te spuiten water is daarmee: 100 kg lucht (11,9! 4,5) g water/kg lucht = 740 g water. 27 Nu moet de lucht verwarmd worden tot 25 EC! 5 EC = 20 EC. 28 Het snijpunt van de verticale lijn vanuit de beginsituatie en de drogeboltemperatuur van 20 EC geeft ook een vochtigheid van 4,5 g water/kg lucht (RV = nu 33%). De hoeveelheid in te spuiten stoom blijft daarmee op: 100 kg lucht (11,9! 4,5) g stoom/kg lucht = 740 g stoom Menging van lucht 29 Er ontstaat lucht met een temperatuur van 9 EC en een vochtigheid van 80%. 30 De afstand tussen beide beginpunten bedraagt l mm. De verhouding tussen de luchthoeveelheden is 2 : 1. Daarmee ligt de eindconditie 1 l mm onder de beginconditie van de lucht van 20 EC, oftewel de droge-boltemperatuur is 17 EC en de RV 43%. 31 De afstand tussen beide beginpunten bedraagt l mm. De verhouding tussen de luchthoeveelheden is 5 : 1. Daarmee ligt de eindconditie 1 l mm boven de beginconditie van de lucht van 25 EC, oftewel de drogeboltemperatuur is 26,7 EC en de RV 67%. 32 Zie in de uitwerking van opdracht 34 de weg die loopt via CDEF. 33 In de koeler wordt afgevoerd: )H = 63,8! 33 = 30,8 kj/kg lucht. In de voorverwarmer wordt toegevoerd: )H = 40,5! 33 = 7,5 kj/kg lucht.

10 6 ENERGIESYSTEMEN 5 34 Zie in het diagram de weg die loopt via CDENF. 35 In de koeler wordt afgevoerd: )H = 63,8! 40,5 = 23,3 kj/kg lucht. Er wordt geen warmte toegevoerd. Luchtfilters 36 Voorfilters worden toegepast om grove vaste delen zoals vezels, insecten en pollen (stuifmeel) tegen te houden.

11 1 LUCHTBEHANDELINGSINSTALLATIES 7 37 Zo n voorfilter is volgens tabel 3 uit het kernboek juist in staat om pollen (stuifmeelkorrels) te filteren, waarvan de grootte volgens figuur 15 uit het kernboek ligt tussen 10 µm en 100 µm. Het filter behoort dus tot klasse 5, want tabel 1 uit het werkboek geeft hiervoor aan dat deeltjes tot 40 µm worden doorgelaten. 38 Er worden door het fijnfilter stofdeeltjes gefilterd. 39 Het filter heeft volgens tabel 3 slechts een beperkte werkzaamheid tegen tabaksrook. Volgens figuur 16 gaat het daarbij om deeltjes tussen 0,01 en 1 µm. De filtergrens ligt dus ongeveer bij 1 µm. Daarmee behoort dit filter tot klasse 2, want tabel 3 geeft hiervoor aan dat deeltjes tot 1 µm worden doorgelaten. 40 Volgens tabel 3 uit het kernboek is hierbij een microfilter tot 95% nodig. Verdiepende opdracht 2 a b In figuur 16 uit het kernboek kunnen we zien om welke verontreinigingen het gaat bij deeltjes tot een grootte van 2,5 µm. Daarna kunnen we in tabel 3 van het kernboek zien dat een fijnfilter van 40-69% voldoende is, aangezien een fijn-filter van 70-89% alle stof filtert, wat in deze situatie niet gevraagd wordt. Uit de tekst blijkt dat stofdeeltjes kleiner dan 1 µm blijven zweven ondanks een regenbui. Daarmee behoort regen tot filterklasse a Een fijnfilter werkt voornamelijk volgens het inertie- en interceptie-effect. b Een microfilter werkt voornamelijk volgens het interceptie- en diffusieeffect. 42 Verhogen van de luchtsnelheid werkt positief, aangezien het inertie- en diffusie-effect toenemen bij het verhogen van de luchtsnelheid, terwijl het zeefen interceptie-effect gelijk blijven. 43 Een filtermedium werkt optimaal als een filter uit erg dun vezelmateriaal bestaat dat op zeer korte afstand naast en achter elkaar voorkomt, zodat een grote dichtheid wordt bereikt. Toepassen van luchtfilters 44 Het drukverschil is 100 Pa bij een schoon luchtfilter tot 250 Pa bij een vervuild luchtfilter. 45 De beginweerstand wordt lager en de standtijd wordt groter. 46 Nee, want alleen deeltjes boven 1,17 µm worden gefilterd. Dit is 0,3% van alle atmosferische verontreinigingen.

12 8 ENERGIESYSTEMEN 5 47 Filtergraden van de filters in figuur 22 uit het kernboek, volgens tabel 3 aldaar: EU 6 (F65): filtergraad 40-69%; EU 7 (F85): filtergraad 70-89%; EU 8 (F95): filtergraad 90-98%. 48 Het getal hierin geeft het gemiddelde percentage aan van de stofdeeltjes tot 1 µm die door het fijnfilter opgevangen worden. 49 Een actief koolfilter wordt in serie met een fijn- of microfilter toegepast, want een koolfilter vangt alleen maar dampen op. 50 Een zakkenfilter heeft de volgende voordelen ten opzichte van een vlak uitgevoerd filter: een groter reinigingsoppervlak; minder drukval, waardoor minder energiekosten verloren gaaan; een langere standtijd. Verdiepende opdracht 3 In figuur 22 uit het kernboek is voor fijnfilter EU 8 het volgende af te leiden. grootte van aanwezige filterpercentage gefilterde stofdeeltjes (µm) hoeveelheid (g) hoeveelheid (g) 0,10-0,17 0,17-0,27 0,27-0,42 0,42-0,62 0,62-0,87 0,87-1,17 46,97 42,24 9,65 0,79 0, % 62% 70% 90% 95% 98% 28,182 26,189 6,755 0,711 0,022 0,980 totalen 100,88 62,839 Dit betekent een gefilterd percentage van 100% = 62,3%. 62,839 g 100,88 g

13 1 LUCHTBEHANDELINGSINSTALLATIES 9 Zelftoets 1 a Fruit wordt in een gekoelde ruimte op een temperatuur van 3 EC tot 5 EC opgeslagen, waarbij de vochtigheidsgraad niet geregeld wordt. Bij papier wordt juist de vochtigheid tussen nauwe grenzen geregeld, waarbij de temperatuur geen rol speelt. b Bij een mengregeling worden koude en warme stromen lucht gemengd, waarbij één van de stromen retourlucht is uit de ruimten, en de andere stroom verse buitenlucht. c Een warmtewisselaar wordt geplaatst tussen de toevoer- en afvoerkanalen van verse en afvoerlucht. De functie van de warmtewisselaar is de warmte uit de afvoerlucht over te dragen op de verse lucht. 2 a De drogeboltemperatuur geeft de heersende temperatuur van de omgevingslucht. De natteboltemperatuur geeft een lagere temperatuur dan de omgevingslucht, omdat aan deze tweede temperatuurmeter met een nat kousje verdampingswarmte onttrokken wordt. Het verschil tussen beide temperaturen is een maat voor de relatieve vochtigheid. b De gevraagde waarden zijn: absolute vochtigheid x: 5,6 g water/kg lucht; relatieve vochtigheid RV: 35%; dampspanning p d : 0,9 kpa; dauwpunt: 6 EC; warmte-inhoud H: 35 kj/kg lucht. 3 a Zie de lijn ABCD in het na onderdeel d afgebeelde diagram. b De hoeveelheid water per uur is: (17,3!7,8) g water/kg lucht 0,05 kg lucht/s 3600 s/uur = 1710 g water/uur ofwel 1,71 kg water/uur c afgevoerde warmte: )H = 73,5! 28,5 = 45 kj/kg lucht, dus: afgevoerde warmte: 45 kj/kg lucht 0,05 kg/s 3600 s/uur = 8100 kj/uur toegevoerde warmte: )H = 38,5! 28,5 = 10 kj/kg lucht, dus: toegevoerde warmte: 10 kj/ kg lucht 0,05 kg/s 3600 s/uur = 1800 kj/uur d De afstand tussen beide beginpunten bedraagt l mm. De verhouding tussen 1 de luchthoeveelheden is 1 : 5. Daarmee ligt de eindconditie l mm boven de conditie van de retourlucht R, oftewel de menglucht M heeft een drogeboltemperatuur van 24,5 EC bij een RV van 65%. Zie het afgebeelde diagram. 5

14 10 ENERGIESYSTEMEN 5 4 a Een grotere luchtsnelheid werkt positief op de filtercapaciteit, aangezien het inertie- en diffusie-effect toenemen, terwijl het zeef- en interceptie-effect gelijk blijven. b Het inertie-effect is het botsen van zware deeltjes tegen het filtermateriaal. Dit effect komt voor in fijnfilters. c De filtergraad is de minimale stofvangst in procenten die door een filter behaald wordt.

15 1 LUCHTBEHANDELINGSINSTALLATIES 11 Toets 1 a Welke factoren maken dat het koelen van een ruimte kostbaarder is dan het verwarmen van een ruimte? b Wat verstaat men onder een bypassregeling? c Welk type filter wordt in een luchtbehandelingsinstallatie gebruikt? Noem tevens twee motieven voor deze keuze. 2 a Leg uit hoe de relatieve vochtigheid RV kan veranderen ondanks een gelijkblijvende absolute vochtigheid. b Lees uit het H-x-diagram voor lucht met een warmte-inhoud van 30 kj/kg en een dauwpunt van 3 EC de volgende waarden uit: de nattebol- en drogeboltemperatuur; de absolute en relatieve vochtigheid; de dampspanning. 3 In een luchtbehandelingsinstallatie stroomt per seconde 0,04 kg lucht. Er wordt daarbij lucht van 10 EC met een RV van 40% geconditioneerd naar lucht van 21 EC met een RV van 50%. Er wordt geen gebruik gemaakt van een waterbevochtiger. a Teken in het H-x-diagram de weg die de lucht tijdens de behandeling doorloopt. b Hoeveel water wordt er per uur in de bevochtiger toegevoerd? c Hoeveel warmte moet er per uur worden toegevoerd? Stel, de aangezogen buitenlucht wordt gemengd met retourlucht van 23 EC met een RV van 65% in de verhouding 1 : 5. d Wat zijn de condities van de gemengde lucht?

16 12 ENERGIESYSTEMEN 5 H-x-diagram 4 a Welke invloed hebben de vezelmiddellijn en vezelafstand op de filtercapaciteit? b Wat versta je onder het interceptie-effect? Bij welk filtertype treedt dit effect vooral op? c Wat is de functie van een actief koolfilter?

17 1 LUCHTBEHANDELINGSINSTALLATIES 13 Extra toets 1 a Wat is het verschil in de behandeling van lucht in: een opslagruimte voor tabak; een ziekenhuis? b Wat is een ventielregeling? c Wat is het kenmerkende verschil tussen een enkelleidingsysteem en een tweeleidingsysteem? 2 a Wat is het dauwpunt van lucht of een gas? b Lees uit het H-x-diagram van lucht met een absolute vochtigheid van 9,5 g/kg en een relatieve vochtigheid van 40% de volgende waarden uit: de nattebol- en drogeboltemperatuur; de dampspanning; het dauwpunt; de warmteinhoud. 3 In een luchtbehandelingsinstallatie stroomt per seconde 0,03 kg lucht. Er wordt daarbij lucht van 8 EC met een RV van 60% geconditioneerd naar lucht van 21 EC met een RV van 50%. Er wordt gebruikgemaakt van een stoombevochtiging, waardoor de temperatuur 3 EC oploopt. a Teken in het H-x-diagram de weg die de lucht tijdens de behandeling doorloopt. b Hoeveel stoom wordt er per uur toegevoerd? c Hoeveel warmte moet er per uur worden toegevoerd? Stel, de aangezogen buitenlucht wordt gemengd met retourlucht van 23 EC met een RV van 65% in de verhouding 1 : 5. d Wat zijn de condities van de gemengde lucht?

18 14 ENERGIESYSTEMEN 5 4 a Wat is het effect van een toenemend filteroppervlak op de filtereigenschappen? b Wat verstaan we onder het diffusie-effect? Bij welk filtertype treedt dit effect vooral op? c Noem drie typen filters en geef daarbij voor elk type aan welke verontreinigingen uit de buitenlucht gevangen worden.