Centrala klimatyzacyjna o wydatku 7200 m³/h ma obrotowy wymiennik odzysku ciepła i rewersyjną pompę ciepła: latem parownik chłodzi powietrze nawiewane, a zimą skraplacz je ogrzewa. W ramach okresowej kontroli trzeba ustalić temperatury w czterech punktach centrali latem i zimą, policzyć sprawność temperaturową wymiennika obrotowego, narysować na wykresach Molliera przemiany w chłodnicy i nagrzewnicy, odczytać entalpie, policzyć moce wymienników i sprawdzić, czy centrala dostarcza wymaganą ilość świeżego powietrza.
Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie odczyty, wyniki obliczeń i oceny do tabel, wykresów i protokołu wydrukowanych w arkuszu. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kolejność kroków idzie za kolejnością tabel i rysunków w arkuszu, a w obrębie jednej tabeli - za kryteriami klucza.
Wykresy Molliera. Wykresy i-x w arkuszu są obrazami rastrowymi. Punkty L1, L2, Z3 i Z4 są naniesione na przecięciu izotermy z linią stałej zawartości wilgoci, a entalpię odczytuje się z najbliższej izentalpy (linie skośne co 1 kJ/kg). W skrypcie położenie osi zostało wykryte w obrazie, a entalpia sprawdzona wzorem na entalpię powietrza wilgotnego, i = 1,005·t + x·(2501 + 1,86·t)/1000 - to ta sama zależność, z której zbudowany jest wykres. Klucz przyjmuje odczyt z dokładnością ±1 kJ/kg.
Dane. Temperatury pochodzą z rysunków 1 i 2 (wartości przy strzałkach) i z opisu obróbki powietrza, gęstości z tabeli 6, liczby osób i strumienie na osobę z tabeli 7. Każdy wynik jest w skrypcie policzony i porównany z kluczem oceniania.
To jedno z możliwych rozwiązań: kolejność wypełniania tabel jest dowolna, liczy się zapis w ocenianych polach.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 37 kryteriów w 5 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 28 punktów - można stracić 9 kryteriów i nadal zdać. Najwięcej punktów (10) daje rezultat z wykresami Molliera i tabelą 5.
Kroki 1-4 · po tym etapie masz 8 z 37 kryteriów (pkt)
Zgodnie ze wskazówkami dotyczącymi zmian temperatury powietrza podczas jego obróbki w centrali wypełnij tabelę 1 dla okresu letniego oraz dla okresu zimowego.
Powietrze zewnętrzne ma 32 °C (rysunek 1) i w czerpni podgrzewa się o 1 K, więc przed wymiennikiem obrotowym t1 = 33 °C. Do pomieszczenia trafia 17 °C, a parownik schładza powietrze o 7 K - za wymiennikiem obrotowym było więc t2 = 17 + 7 = 24 °C.
Zgodnie ze wskazówkami dotyczącymi zmian temperatury powietrza podczas jego obróbki w centrali wypełnij tabelę 1 dla okresu letniego oraz dla okresu zimowego.
Powietrze usuwane z pomieszczenia ma 20 °C i w przewodach ogrzewa się o 1 K: t3 = 21 °C. Na wyrzutni jest 40 °C, a za wymiennikiem obrotowym (przed skraplaczem) o 9 K mniej: t4 = 31 °C.
Odwrócenie kierunku zmiany: skraplacz latem stoi w wywiewie i ogrzewa powietrze, więc przed nim jest chłodniej niż na wyrzutni.
Zgodnie ze wskazówkami dotyczącymi zmian temperatury powietrza podczas jego obróbki w centrali wypełnij tabelę 1 dla okresu letniego oraz dla okresu zimowego.
Na zewnątrz -16 °C, w czerpni +2 K: t1 = -14 °C. Nawiew ma 26 °C, a skraplacz (teraz nagrzewnica) ogrzewa o 9 K, więc za wymiennikiem obrotowym było t2 = 17 °C.
Zgodnie ze wskazówkami dotyczącymi zmian temperatury powietrza podczas jego obróbki w centrali wypełnij tabelę 1 dla okresu letniego oraz dla okresu zimowego.
Temperatura wywiewu się nie zmienia: t3 = 22 °C. Na wyrzutni jest -12 °C, a za wymiennikiem obrotowym o 5 K więcej: t4 = -7 °C (zimą w wywiewie pracuje parownik i schładza powietrze).
Kroki 5-6 · po tym etapie masz 13 z 37 kryteriów (pkt)
Oblicz sprawność temperaturową wymiennika obrotowego dla okresu letniego oraz dla okresu zimowego korzystając z wcześniej wyznaczonych temperatur w tabeli 1.
Do tabeli 2 przepisuje się t1, t2 i t3 z tabeli 1 - osobno dla lata (33, 24, 21) i zimy (-14, 17, 22). t4 nie jest potrzebne, bo wzór opisuje tylko stronę nawiewu i wlot wywiewu.
Oblicz sprawność temperaturową wymiennika obrotowego dla okresu letniego oraz dla okresu zimowego korzystając z wcześniej wyznaczonych temperatur w tabeli 1.
Lato: η = (24 - 33) / (21 - 33) · 100% = (-9) / (-12) · 100% = 75%. Zima: η = (17 - (-14)) / (22 - (-14)) · 100% = 31 / 36 · 100% = 86%. Obie wartości mieszczą się między 50 a 100%, co klucz sprawdza osobno - wynik spoza tego przedziału oznacza błąd w temperaturach.
Latem licznik i mianownik są ujemne - zgubienie znaku daje sprawność ujemną.
Kroki 7-12 · po tym etapie masz 23 z 37 kryteriów (pkt)
Narysuj na wykresach Moliera na rysunku 3 oraz na rysunku 4 przemiany zachodzące w chłodnicy w okresie letnim oraz w nagrzewnicy w okresie zimowym. Początek przemiany w okresie letnim oznacz symbolem L1, a koniec przemiany symbolem L2. Określ strzałką kierunek przemiany.
Przed chłodnicą powietrze ma t2 z tabeli 1 (24 °C) i 10 g/kg (tabela 4): L1 leży na przecięciu izotermy 24 °C z pionową linią x = 10 g/kg. Po chłodnicy - 17 °C (nawiew) i 5 g/kg: L2 na przecięciu izotermy 17 °C z linią x = 5 g/kg. Zawartość wilgoci spada, bo na parowniku wykrapla się woda.
Narysuj na wykresach Moliera na rysunku 3 oraz na rysunku 4 przemiany zachodzące w chłodnicy w okresie letnim oraz w nagrzewnicy w okresie zimowym. Początek przemiany w okresie letnim oznacz symbolem L1, a koniec przemiany symbolem L2. Określ strzałką kierunek przemiany.
Strzałka idzie od L1 do L2 - od stanu przed chłodnicą do stanu po niej.
Narysuj na wykresach Moliera na rysunku 3 oraz na rysunku 4 przemiany zachodzące w chłodnicy w okresie letnim oraz w nagrzewnicy w okresie zimowym. Początek przemiany w okresie zimowym oznacz symbolem Z3, a koniec przemiany symbolem Z4. Określ strzałką kierunek przemiany.
Z3: t2 zimą (17 °C) i 5 g/kg. Z4: nawiew 26 °C i nadal 5 g/kg - nagrzewnica nie zmienia zawartości wilgoci, więc przemiana jest pionowym odcinkiem na linii x = 5 g/kg.
Narysuj na wykresach Moliera na rysunku 3 oraz na rysunku 4 przemiany zachodzące w chłodnicy w okresie letnim oraz w nagrzewnicy w okresie zimowym. Początek przemiany w okresie zimowym oznacz symbolem Z3, a koniec przemiany symbolem Z4. Określ strzałką kierunek przemiany.
Strzałka od Z3 do Z4, czyli w górę - w stronę wyższej temperatury.
Po zaznaczeniu przemian odczytaj wartości entalpii właściwej powietrza przed i po przemianie dla powietrza ogrzanego oraz schłodzonego. Odczytane wartości wpisz do tabeli 5.
Przez punkt L1 przechodzi izentalpa 50 kJ/kg (wzór: 1,005·24 + 10·(2501 + 1,86·24)/1000 = 49,6), przez L2 - 30 kJ/kg (29,7). Izentalpy na wykresie Molliera biegną skośnie w dół w prawo - odczytuje się je na skali przy krzywej nasycenia.
Odczyt entalpii z osi temperatury (poziomo w lewo) zamiast wzdłuż skośnej izentalpy.
Po zaznaczeniu przemian odczytaj wartości entalpii właściwej powietrza przed i po przemianie dla powietrza ogrzanego oraz schłodzonego. Odczytane wartości wpisz do tabeli 5.
Z3 - 30 kJ/kg (ten sam stan co L2: 17 °C i 5 g/kg), Z4 - 39 kJ/kg (38,9).
Kroki 13-14 · po tym etapie masz 30 z 37 kryteriów (pkt)
Po wyznaczeniu wartości entalpii właściwej powietrza oblicz moc nagrzewnicy powietrza oraz moc chłodnicy powietrza. Wyniki wpisz do tabeli 6.
7200 m³/h : 3600 s/h = 2 m³/s (tak każe uwaga pod wzorem). Różnice entalpii: nagrzewnica i4 - i3 = 39 - 30 = 9, chłodnica i1 - i2 = 50 - 30 = 20 kJ/kg.
Po wyznaczeniu wartości entalpii właściwej powietrza oblicz moc nagrzewnicy powietrza oraz moc chłodnicy powietrza. Wyniki wpisz do tabeli 6.
Q̇N = 2 · 1,21 · 9 = 21,78 kW, Q̇Ch = 2 · 1,18 · 20 = 47,20 kW. m³/s · kg/m³ · kJ/kg = kJ/s = kW. Klucz sprawdza zgodność z iloczynem kolumn 2-4 i przedziały 15-25 kW oraz 40-55 kW.
Podstawienie 7200 m³/h zamiast 2 m³/s - wynik wychodzi 3600 razy za duży.
Kroki 15-16 · po tym etapie masz 37 z 37 kryteriów (pkt)
Wyznacz całkowite zapotrzebowanie na ilość powietrza świeżego wymaganego do nawiewu przez centralę klimatyzacyjną, a następnie oceń czy dobrana centrala jest w stanie zapewnić wymagany strumień powietrza.
Iloczyn liczby pomieszczeń, liczby osób i strumienia na osobę: gabinety 28 · 3 · 30 = 2 520, pomieszczenia bezokienne 16 · 1 · 15 = 240, łazienki 12 · 1 · 50 = 600, biura 16 · 2 · 30 = 960, poczekalnie 8 · 10 · 30 = 2 400 m³/h.
Wyznacz całkowite zapotrzebowanie na ilość powietrza świeżego wymaganego do nawiewu przez centralę klimatyzacyjną, a następnie oceń czy dobrana centrala jest w stanie zapewnić wymagany strumień powietrza.
Suma: 6 720 m³/h. Centrala daje 7 200 m³/h, czyli więcej niż potrzeba - zapewnia wymaganą ilość powietrza, więc skreśla się „Nie”.
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.