berekening hoeveelheid condenswater bij onttrekken warmte aan lucht

[vzp]

Hallo,

Ik ben op dit moment een warmtewisselaar aan het bouwen met de volgende kenmerken:

inkomende lucht 30.000m3/h 25o en 80% RV.

Uit deze lucht wordt door middel van een warmtewisselaar 140kW onttrokken bij maximale capaciteit. Nu ontstaat bij dit proces condenswater wat in deze situatie afgevoerd moet worden tegen betaling tenzij apart opgevangen. Nu is mijn vraag of iemand een gemakkelijke berekening kan maken over de verwachtte hoeveelheid condenswater bij dit proces en een duidelijke uitleg hoe de beantwoorder aan deze hoeveelheid komt zodat ik verschillende scenario's door kan rekenen bij veranderende omstandigheden.

Ik ben al bezig geweest met het mollierdiagram maar deze neemt de energie welke vrijkomt bij condenseren niet mee.

Ik kwam zelf op een getal van ongeveer 190kg water per uur maar weet niet of dit correct is??

Ik hoop dat jullie me kunnen helpen met dit vraagstuk.

mvg,

Han

[Fred F.]

Is dit een school- of stage-opdracht?

Zo ja, wat is dan de VOLLEDIGE en LETTERLIJKE tekst van de opdracht?

Het is vreemd dat het vermogen van 140 kW gegeven is, maar de uitlaattemperatuur niet. Ik zou verwachten dat men lucht af wil koelen tot een bepaalde temperatuur en dat het vermogen dan resulterend is.

Die 190 kg/uur lijkt me veel te veel.

[vzp]

Beste Fred,

Het is geen stage of schoolopdracht maar een installatieklus waar ik bij betrokken ben.

Om de situatie te verduidelijken het volgende:

We hebben een afvalstroom lucht van 30.000m3 per uur met 25o C en 80% RV. Deze lucht stroomt door een warmtewisselaar welke aangesloten zit op een warmtepomp. De warmtewisselaar wordt gevuld met glycol.

De warmtewisselaar is dusdanig groot in omvang dat hij overcapaciteit zal hebben. De warmtewisselaar zal echter 140kWh uit de 30.000m3 lucht moeten halen.

Ik ben nu al terug aan het beredeneren geweest dat de energieinhoud van de lucht bij 25o bij 80% RV ongeveer 88kJ is per m3 lucht. per m3 lucht haal ik hier dan dus ook (140kWh*3600 (kJ)/30000m3) 16,8 kJ uit.

Als ik nu in het mollier-diagram vanaf 25o 80% rv naar 100% rv ga bij (88kJ-16,8kJ) 21o dan ben ik mijn energie kwijt.

Nu ga ik dus van 21,8 gram per m3 lucht (25o 100%RV) naar 18,2 gram per m3 lucht (21o 100% RV).

dit verschil van 3,6gram per m3 lucht zal dus condenseren in de installatie. Dit zou betekenen dat ik 10800gram water krijg wat betekent dat dit maar 10liter per uur is.

Nu heb ik alles uit het mollierdiagram afgelezen maar betwijfel of ik het mollierdiagram goed heb uitgelezen. Daarnaast heb ik in de basiscursus op deze site geleerd dat bij condenseren veel warmte benodigd is, de zogenaamde latente warmte.

Voor het verdampen van 1 kg water is 2 260 000 J energie nodig. bij het condenseren komt dus ook 2260000J energie per kg water vrij.

Kan iemand me nu vertellen of ik dit puur met het mollierdiagram mag doen en of ik deze juist heb uitgelezen of ook nog rekening moet houden met latente warmte??

mvg,

Han

[Fred F.]

Ja, je moet natuurlijk ook rekening houden met de latente warmte, en wel die bij 25 graden.

Nu ga ik dus van 21,8 gram per m3 lucht (25o 100%RV) naar 18,2 gram per m³ lucht (21o 100% RV).

dit verschil van 3,6gram per m3 lucht zal dus condenseren in de installatie. Dit zou betekenen dat ik 10800gram water krijg wat betekent dat dit maar 10liter per uur is.

Waarom reken je hier met 100% RV bij 25 graden terwijl je eerder schreef dat het 80 % RV was? Overigens is 3,6 gram/m³ niet 10800 gram in totaal maar 108000 gram.

Maar die 3,6 gram/m³ condensatie bij 21 graden is veel te veel als de ingaande lucht niet 100 maar 80 % RV is, want in werkelijkheid zal er dan nauwelijks water condenseren bij 21 graden.

Als de ingaande lucht 80 % RV heeft dan verwacht ik een uitlaattemperatuur van ongeveer 18 graden.

[vzp]

Fred,

De lucht zal eerst dalen in temperatatuur zonder condens dus hierdoor zal de lucht 100% rv worden. De energie die hierbij vrijkomt zou ik eerst moeten berekenen maar kom er met het mollier-diagram niet uit hoeveel dit is per m3 lucht. Als ik kijk in het mollier diagram zal de lucht eerst naar 100% rv gaan wat dus ongeveer 88kJ/m3 lucht is. Hierna zal de energieinhoud van de lucht afnemen tot (88 kJ-16,8) 71,2kJ zonder hierbij rekening te houden met de latente warmte. Hoe kan ik deze echter mee berekenen in het verhaal???

Als de lucht af zou nemen in temperatuur naar 18o C bij 100% rv (nbt is namelijk al lang bereikt dus treedt er condensatie op) zou de lucht 27kJ per m3 lucht verliezen wat betekent dat deze volledig in de warmtewisselaar terecht komt door behoud van energie. dit betekent dat er dan (27kJx30000m3/3600s) 225kW warmte uit de lucht komt. Terwijl er maximaal 140kWh uitgehaald wordt door de warmtepomp

Ga ik echter vanuit dat door verhoging van het RV en behoud van grammen water per m3 (21,8gram/m3 bij 80% RV 25o) er pas condensatie optreedt bij 23,6o C bij 100% RV. Deze lucht heeft een energieinhoud van 83kJ. Tel ik hier de 16,8kJ vanaf welke ik nodig heb om 140kWh als totaal vermogen te genereren dan kom ik uit op een lucht van 16,3gram/m3 bij 100% RV en deze lucht heeft dan een temperatuur van 19o C.

Welke methode dien ik aan te houden bij deze berekening? welke lijnen moet ik als eerste volgen in het Mollier-diagram???

[Fred F.]

Ik ken jouw Mollier diagram niet maar blijkbaar geeft dat waardes per m³lucht geeft, terwijl ik alleen diagrammen ken die waardes per kg lucht geven, maar jouw getallen kan ik niet reproduceren.

30000 m³/uur vochtige lucht is ongeveer 9,6 kg/s lucht. De soortelijke warmte (c_p) van vochtige lucht is ongeveer 1,03 kJ/kg.^oC dus afkoelen van 25 naar 18 graden levert dan 9,6 * 1,03 * (25 - 18) = 69 kW, en beslist geen 225 kW zoals jij blijkbaar berekent met jouw diagram.

Bij die 69 kW voelbare warmte moet je de latente warmte van het gecondenseerde water optellen en dat moet dan samen die 140 kW opleveren. Indien niet dan pas je die 18 graden wat aan en bereken opnieuw de voelbare en de latente warmte, et cetera, net zo lang tot je die uitlaattemperatuur geprikt hebt die die 140 kW oplevert.

[Fred F.]

Ik gebruik normaliter nooit een Mollier diagram. Ik vind ze te onnauwkeurig en bovendien moet je erg uitkijken om niet fout af te lezen. Voor dit soort berekeningen werk ik daarom altijd met een stoomtabel en met de soortelijke warmte van lucht. Nadeel is dat je dan in dit geval de gezochte uitlaattemperatuur door iteratie of trial-and-error moet bepalen, maar het antwoord is nauwkeuriger dan met zo'n diagram.

Ik zie inmiddels dat je dit met een diagram wel in één keer, zonder trial-and-error, kunt oplossen via de enthalpie-schaal:

- enthalpie van lucht bij 25 ^oC en 80%RV is volgens diagram 66,5 kJ/kg lucht

- onttrokken vermogen is 140 kW, oftewel ongeveer 14,5 kJ/kg lucht

- dus enthalpie van uitgaande lucht is 66,5 - 14,5 = 52 kJ/kg lucht

- dus temperatuur van uitgaande lucht is volgens diagram iets meer dan 18 graden

- vochtgehalte van lucht bij 25 ^oC en 80%RV is volgens diagram ongeveer 16 gram/kg lucht

- vochtgehalte van lucht bij 18 ^oC en 100%RV is volgens diagram ongeveer 13 gram/kg lucht

- dus gecondenseerde waterdamp is ongeveer 3 gram/kg lucht, oftewel ongeveer 100 kg/uur

[vzp]

Fred,

bedankt voor het meekijken naar het probleem. Op de ene rekenfout van 10 naar 100liter per uur nagelaten komen we grofweg tot dezelfde overeenkomst. Hebben we hier dan wel de latente warmte welke ontstaat bij condenseren in meegenomen want deze staat toch niet vermeld in het mollierdiagram??

de energie welke vrijkomt bij condensatie zal dus ook nog ongeeveer 60kwH zijn. Nu we echter maar 140kWh gebruiken zal er dus via trial-and error gezocht moeten worden maar zal er grofweg dus 60liter condenswater ontstaan.

Nu zie ik in ieder geval in dat de hoeveelheid dusdanig groot is dat er extra opslagtanks moeten komen om dit water op te vangen en mogelijk in de zomer te laten verdampen wanneer we de installatie andersom laten werken om de warmte te vernietigen.

Iig hartelijk dank voor de medewerking.

mvg,

Han

[Fred F.]

Op de ene rekenfout van 10 naar 100liter per uur nagelaten komen we grofweg tot dezelfde overeenkomst.

Niet echt. Het was puur toeval dat je per ongeluk die 100 kg/uur berekende, want al je getallen waren fout. Het gaat immers niet van 21,8 gram per m3 lucht (25o 100%RV) naar 18,2 gram per m3 lucht (21o 100% RV) zoals in jouw eerste berekening, maar van 18,8 g/m3 (16 g/kg bij 25 ^oC 80%RV) naar 15,2 g/m3 (13 g/kg bij 18 ^oC 100%RV). Het verschil is in beide gevallen 3,6 g/m³ maar dat is niet meer dan toeval. Zou je het vermogen uitrekenen dan zou je tussen beide gevallen wel een duidelijk verschil zien omdat de voelbare warmte anders is bij 21 graden i.p.v. 18 graden uitlaattemperatuur.

Hebben we hier dan wel de latente warmte welke ontstaat bij condenseren in meegenomen want deze staat toch niet vermeld in het mollierdiagram

Ik had het exact uitgerekend met een stoomtabel en toen kwam ik precies op 18 graden en 103 kg/uur condensaat. Dus geen zorgen, dat klopt. Die enthalpie in zo'n diagram is de enthalpie van verzadigde lucht bij de aangegeven adiabatische verzadigingstemperatuur (natteboltemperatuur). Dat zijn die schuine lijnen. In feite reken je via zo'n diagram je drogeboltemperatuur om naar een natteboltemperatuur door schuin omhoog naar de enthalpieschaal te bewegen. Bijvoorbeeld: de enthalpie van lucht van 25 oC & 80%RV heeft dezelfde enthalpie als lucht van 22,5 oC & 100%RV, namelijk 66,5 kJ/kg.

de energie welke vrijkomt bij condensatie zal dus ook nog ongeeveer 60kwH zijn. Nu we echter maar 140kWh gebruiken zal er dus via trial-and error gezocht moeten worden maar zal er grofweg dus 60liter condenswater ontstaan.

Ik begrijp niet wat je bedoelt. De condensatie van 103 kg/u waterdamp levert 71 kW en de voelbare warmte van de luchtafkoeling levert 69 kW, samen 140 kW. Hoezo zou er nu plotseling maar 60 liter water ontstaan i.p.v. 103 liter?