Współczynnik SHF – czym jest i do czego służy?

Wprowadzenie

W ubiegłym tygodniu omawialiśmy na blogu proces ogrzewania powietrza korzystając z wykresu Molliera, dziś przyjrzymy się z kolei procesowi chłodzenia. Omawialiśmy już ten proces przy okazji np. osuszania kondensacyjnego w centrali wentylacyjnej. Dziś jednak spojrzymy na ten proces z innej strony – przeanalizujemy – z pomocą wykresu Molliera jaki wpływ na całkowitą moc chłodnicy ma moc utajona procesu, czyli moc, którą chłodnica powietrza przeznacza na zamianę części pary wodnej zwartej w powietrzu z pary wodnej w wodę.

W praktyce więc prawie każdy proces chłodzenia powietrza można rozłożyć na dwie części – chłodzenie jawne i chłodzenie utajone. Pierwsze odpowiada za obniżenie temperatury, drugie – za osuszanie, czyli skraplanie pary wodnej zawartej w powietrzu.
Współczynnik SHF (Sensible Heat Factor) pokazuje, jaki udział w całkowitym procesie chłodzenia stanowi część jawna, a więc jak „suchy” lub „wilgotny” jest proces, który zachodzi w centrali wentylacyjnej..

Współczynnik SHF może przyjmować w teorii wartość z przedziału 0 – 1. Wartość 0 oznacza czyste osuszanie bez zmiany temperatury (może to mieć miejsce jedynie w specjalnych suszarniach), natomiast wartość 1 oznacza chłodzenie suche, czyli sytuację, w której nie następuje wogóle skraplanie pary wodnej. Taka sytuacja może mieć miejsce tylko w sytuacji, gdy temperatura ścianek chłodnicy jest wyższa niż temperatura punktu rosy powietrza chłodzonego.

Ciepło jawne i utajone – dwa oblicza tej samej energii

Na początku przypomnijmy, że obliczając moc nagrzewnicy nie uwzględnialiśmy wogóle wilgotności, gdyż w procesie ogrzewania powietrza nie następuje zmiana stanu skupienia H2O. Para wodna, która w powietrzu się znajdowała przed ogrzaniem powietrza nadal pozostała parą po jego ogrzaniu.

W procesie chłodzenia, poza jednym charakterystycznym przypadkiem tzw. chłodzenia suchego, czyli chłodzenia podczas którego temperatura ścianek chłodnicy jest wyższa od temperatury punktu rosy, zawsze nastąpi częściowa utrata wilgotności, czyli powietrze po ochłodzeniu będzie zawierało mniej pary wodnej niż przed.

Ciepło jawne to energia, którą czujemy i możemy zmierzyć termometrem. Odpowiada za samą zmianę temperatury powietrza.
Ciepło utajone z kolei związane jest z wilgotnością – to energia wymieniana, gdy para wodna zawarta w powietrzu skrapla się. Nie zmienia temperatury, ale ma ogromny wpływ na komfort i na bilans energetyczny systemu.

W uproszczeniu – ciepło jawne to temperatura, a ciepło utajone to wilgoć.
W praktyce całkowita energia powietrza (czyli jego entalpia) składa się właśnie z tych dwóch części. W dobrze zaprojektowanej instalacji wentylacyjnej należy kontrolować obie, a wiedza ile wynosi współczynnik SHF mówi nam właśnie jak dużo energii idzie na osuszenie powietrza.

Skąd się biorą różnice w mocach chłodnic różnych producentów?

Podstawowym błędem projektowym dotyczącym chłodzenia jest podawanie tylko i wyłącznie mocy chłodniczej centrali wentylacyjnej, lub też podawanie tylko i wyłącznie temperatury do jakiej powietrze ma być ochłodzone.

Rodzi to wiele pytań, dlaczego dwie centrale wentylacyjnej na tą samą wydajność i tą samą moc chłodniczą mogą osiągać inne temperatury chłodzenia, lub też dlaczego dwie centrale schładzające powietrze do tej samej temperatury mogą pokazywać inną moc chłodniczą.

Wynika to właśnie z niezrozumienia procesu chłodzenia. Prawidłowo podana w projekcie moc chłodnicza powinna zawierać również temperaturę chłodzenia, lub też wilgotność po chłodzeniu – wówczas proces jest w 100% pewny do ustalenia.

Jeśli projektant w projekcie podaje tylko moc chłodnicy, albo tylko temperaturę za chłodnicą normalna jest sytuacja, że wystąpią rozbieżności.

Skąd one się biorą?

Z budowy chłodnic.

Współczynnik SHF ma pośredni wpływ na komfort chłodzonych pomieszczeń. Bo niższy współczynnik SHF będzie oznaczał większą utratę wilgotności, a więc także przeważnie większy komfort.

Wartość współczynnika SHF i jego wpływ na moc całkowitą chłodnicy – przykłady

Przyjrzymy się współczynnikowi SHF od strony praktycznej, czyli zobaczmy jaki ma wpływ na moc całkowitą i wilgotność za chłodnicą. W każdym z pokazanych przypadków chłodzimy w centrali wentylacyjnej strumień powietrza w ilości 5 000 m3/h od punku T= 32°C i Rh = 45% do temperatury 18°C.

Ja możemy zaobserwować całkowita moc chłodnicza waha się w przedziale 32-37 kW, a więc sposród tych 3 chłodnic różnica między chłodnicą o najniższym i najwyższym SHF sięga 15%.

Możemy również zaobserwować, że chłodnica z wyższym współczynnikiem SHF, chociaż korzystniejsza z ekonomicznego punktu widzenia, gdyż zarówno sama chłodnica, jak i agregat skraplający do niej może być mniejszy i tańszy, – to realnie zapewnia gorsze warunki termiczne, gdyż wilgotność powietrza nawiewanego jest znacznie wyższa. Zatem niższy współczynnik SHF oznacza większe osuszenie powietrza.

Współczynnik SHF a nachylenie linii chłodzenia na wykresie Molliera

Parametry chłodzenia dla różnych współczynników SHF można zaobserwować nanosząc punkt początkowy i punkt końcowy chłodzenia na wykres Molliera.

Im bardziej pionowa jest linia łącząca te 2 punkty, tym wyższy współczynnik SHF, tym mniejsza moc całkowita i tym mniejsza zdolność osuszania i analogicznie – im niższy współczynnik SHF tym linia łącząca te punkty jest bardziej nachylona, co oznacza że chłodnica ma większą zdolność osuszania.

Podsumowanie

Współczynnik SHF to mały parametr o dużym znaczeniu.
Pozwala zrozumieć, czy system wentylacyjny tylko schładza, czy również osusza powietrze, a więc czy rzeczywiście spełnia swoją funkcję w danym środowisku.
Dla projektanta to informacja o tym, jakie będzie zachowanie centrali, a dla technika utrzymania ruchu – czy proces przebiega zgodnie z założeniami fizycznymi.

Znajomość SHF to nie matematyka. To sposób, by zobaczyć, jak naprawdę pracuje powietrze.