TR08's vloerverwarmings project

quote:

Op dinsdag 25 oktober 2011 09:00 schreef blomke het volgende:
Neem je ook nog een waarde voor "de pinch"aan?

Nee. Die reken ik uit.

Maar ik neem in de modellering van de vloerverwarming geen ketel model mee. Ik zou het waarschijnlijk wel kunnen omdat ik de kennis er wel voor heb en via mijn collega ook wel aan de juiste gegevens van de ketel kan komen, maar het is me voor dit project een brug te ver. Performance van ketels berekenen doe ik wel voor mijn klanten

Goed...modellering van warmte overdracht van de slang naar de ondervloer. Terwijl ik dit schrijf bouw ik ook de berekening op. Eerst ga ik een heel simpel model uitleggen, daarna ga ik kijken of ik wat verder de diepte in kan.

Het simpele model: Beschouw dit als "het eerste schot voor de boeg" waarbij de uitkomsten wel "ergens in de richting" zullen zijn. Als je als engineer in thermische processen aan de slag gaat leer je dat je heel veel zaken gewoon niet precies gaat kennen en dan begin je gewoon eens met wat eenvoudige referenties die zich wel ongeveer zo zullen gedragen als hetgeen jij van plan bent.

Dit is wat ik gedaan heb met de vloerverwarming. De slang heb ik beschouwd als een cilinder waar opgewarmde lucht langs op kan stijgen.


Dit is een heel bekend probleem in ketelbouw, met name voor -bijvoorbeeld- geisoleerde stoomleidingen in een hal. De pijp warmt lucht op, die kan stijgen en verse koude lucht komt weer aan. Dit proces treedt vaak op bij temperaturen van 40-50C pijp wand temperatuur en een omgevingstemperatuur van circa 30C. Als je goed kijkt in mijn eerder berekende grafiekje:



Zie je dat ik hier qua temperaturen en temperatuurverschil wel aardig in de buurt zit. Laten we dus even aannemen dat dit klopt voor het moment.

Nb: Ervaring heeft ook geleerd dat de overdrachts coefficient niet ernstig afneemt als de pijp ergens onder een bordes oid is ingebouwd, dat je 't effe weet

Dan het andere probleem: Convectie door koeling van de relatief koude onderkant van de ondervloer. Dit gedraagt zich gespiegeld tov de warmte afgifte van de warme vloer aan de koude kamer. Ook voor dit scenario vind je warmte overdrachten die vaak op circa 15W/m2K liggen, zie het volgende voorbeeld:

Bij Kreatherm.be vind je een tabel met performance en temperaturen
Een case uit de tabel die ergens rond mijn verwachte resultaat ligt:
-Kamer temp: 20C
-Vloer temp: 23.3C
-Vermogen: 44.5W/m2

Warmte overdracht: 44.5/(23.3-20)=13.5W/m2K

Ergo:
-Slang-lucht: 15W/m2K
-Lucht-vloer: 13.5W/m2K

Hoe dik de luchtlaag is boeit verder niet, lucht fungeert als transport medium. Het warmt dus op, waait iets verder en geeft daar de warmte weer af. Hier bovenop treedt nog geleiding op maar dat vergeten we even. De schatting die ik nu doe zou dus qua warmte overdracht pessimistisch moeten zijn.

Even dit posten, straks komt een edit met de uitkomst van het model dat ik hier uitleg
Goed: Het resultaat.

Onze slangen worden naar verwachting 13cm (hart op hart) uit elkaar gelegd. De diameter is 16mm.
Met de warmte overdracht houd ik zowel rekening met de verschillende oppervlaktes van de slang en de vloer als met de verschillende overdrachts coefficienten.

Overdracht van 1 m2 vloer = Overdracht per cel/oppervlak per cel

Je ziet dat je zo op circa 40W/m2 uit komt met een temperatuurval van 10C tussen slang en vloer.

Ook meteen maar even het sommetje voor verschillende slang-slang afstanden gedaan:


Je ziet dat het bij korte afstanden nog erg belangrijk is wat de afstand is voor het vermogen. Daarna maakt het in verhouding allemaal wat minder uit.

[ Bericht 8% gewijzigd door TR08 op 25-10-2011 19:46:55 ]

Dankje

Ik zou wel wat KvS (of Kv) waardes willen hebben van regel afsluitertjes die je op een 6-groeps verdeler zou plaatsen icm 16mm slangen

Ik moet straks de temperaturen van de 6 groepen gelijk gaan trekken dus voor het inregelen zullen er wel wat klepjes op moeten. Die klepjes verhogen de drukval van het systeem en dan krijg ik een nieuw punt op de pompcurves.

Kun je daar iets meer over uitwijden? Ik verwacht gewoon handbediende afsluitertjes te gebruiken en door even met een lasertje te schieten de temperatuur te meten voor het afstellen. Misschien was het woord regel afsluiter in mijn zin hiervoor niet handig gekozen.

De kV waarde die ik normaliter voor afsluiters krijg is alleen die voor 100% open stand en soms nog een kV karakteristiek versus de klepstand.

Ik weet niet of ik het al duidelijik gemaakt had: Maar ik heb al een temperatuur regelaar op een bestaand vloerverwarmingssysteem. Wat ik nog moet instellen straks is de retour temperatuur per slangroep.

Wat je door elkaar haalt is totale druk en partiele druk. 100% luchtvochtigheid betekent niet dat alle lucht bestaat uit waterdamp.

De hoeveelheid damp in rookgas komt overeen met een partiele druk die past bij condenseren op 55C zoals Blomke zegt.

Wat de exacte partiele druk is bij 55C weet ik niet uit mijn hoofd, maar bij 45C kom je vrij exact uit op 0.1 Bar absoluut. Onder die omstandigheid bestaat dus circa 10% (volume %, niet massa %) van je rookgas uit gasvormig water. Al het water wat nog meer in je rookgas meewaait is dan gecondenseerd, eventueel in de vorm van een fijne nevel.

Daarbij neem ik niet aan dat het rookgas droog uit de condensor komt. Ik heb aangegeven dat dit sommetje gebaseerd is op de aanname dat het rookgas uniform gekoeld wordt. En daarbij opgemerkt dat dit niet het geval is.

Wat in de praktijk gebeurt is dat je rookgas nabij de koelende pijp ongeveer de pijp wand temperatuur aanneemt (=iets boven de CV water temperatuur). Onder die omstandigheid haal je lokaal 100% luchtvochtigheid door het koelen en condenseert daar het water uit je rookgas. Vaak zie je dat je dan (afhankelijk van de ketel last) circa 50% luchtvochtigheid haalt bij de gemiddelde rookgas temperatuur. Je krijgt dan een warme rookgas stroom van minder dan 100% luchtvochtigheid waar toch een natte nevel in mee waait. Het voelt wat onnatuurlijk maar dit is -ongeveer- wat er op de achterkant van een bierviltje in een CV ketel gebeurt.

Als je die rookgas stroom daarna "lang genoeg" tijd geeft om op te mengen koelt het mengsel zichzelf verder door na de warmtewisselaar. Bij dit koelen verdampt een deel van de nevel en hou je een gemiddeld iets koudere stroom rookgas met max circa 100% luchtvochtigheid over met eventueel nog wat rest condens erin (dat zie je als pluim).

Wat bedoel je trouwens met "reele" enthalpie verschillen?

quote:

Op donderdag 27 oktober 2011 23:23 schreef Arkai het volgende:
Hmm, jullie schijnen gelijk te hebben. Omdat rookgas vaak wordt gemodelleerd als een ideaal gas dacht ik dat de fugaciteitscoefficient voor damp ook gelijk zou zijn aan 1 op atmosferische druk (onterecht natuurlijk).

Kan gebeuren

quote:

Met reele enthalpie verschillen bedoel ik dat de bijdrage van de nevel het makkelijkst uitgerekend kan worden door h,damp-h,vloeistof maar omdat de partiele druk ook daalt tijdens het condenseren geldt die relatie niet meer voor een isotherme condensatie. Anyway, my bad. Ik moet me maar eens verdiepen in hoe die ketels werken.

Je zat hier bijna goed Ik reken ook met Hdamp-Hcondens, maar wat ik doe met het lijntje is dat ik steeds per graad uitreken hoeveel damp er maximaal kan zijn. Daaruit volgt hoeveel water gecondenseerd is tov een graadje hoger. Bij 55C begint in deze lijn water te condenseren en dan zie je ineens de sprong in de richting terug.

Je kunt correlaties vinden voor watergehalte in lucht versus luchtvochtigheid en temperatuur. Ik heb gerekend met dat de partiele spanning van waterdamp gelijk is aan de verzadigingsdruk van puur water bij de heersende temperatuur. Bij lagere temperaturen zit je er weliswaar een paar % naast maar deze benadering is toch meer dan nauwkeurig genoeg als je ketels uitrekent

Als je je echt eens in warmtewisselaars, ketels e.d. wilt inlezen kan ik je "Steam" aan raden (Babcock & Wilcox) of een VDI Warme atlas. Vreselijk dure boeken maar ook links en rechts wel digitaal te vinden voor weinig.

Mijn specialiteit is trouwens de proces kant van dit soort "keteltjes":



Vandaar dat ik wel enigszins durf te pretenderen in de gaten te hebben waar ik mee bezig ben

quote:

Op vrijdag 28 oktober 2011 09:24 schreef blomke het volgende:

[..]

Dat klopt. Verder heb ik een vuistregel dat als de temperatuur 10 graden stijgt, de verzadigingsdruk bijna verdubbelt. Dan zou je van 45 -> 55 graden op iets minder dan 0,2 bar uitkomen.

Ik zit meestal met drukken tussen 10 en 400 Bar te rekenen, dan geldt die regel niet meer denk ik. Maar het zou kunnen

quote:

Heb nog wel één vraag over je wandtemperatuur: je zegt dat langs de wand de rookgassen iets hoger in temperatuur zijn dan het CV water (ik noem dat "de pinch"), maar dat verder van de wand de gastemperatuur hoger is en geen condensatie optreedt (= rendementsverlies).

Maar hoe zit het met de turbulente menging? Je rookgassen zijn toch hardstikke turbulent, dus ik zou verwachten dat je een homogene temperatuursvedeling krijgt en condensatie door het hele gasmengsel? Of niet>?

Ja en nee. De condensatie van de eerste bundel pijpen wordt wel goed gemengd. Van de laatste rijen is dat minder. Mits je een warmtewisselaar hebt die uit een paar rijen pijpen bestaat. Sommige ketels hebben een andere constructie en dan is alles weer anders

quote:

Op vrijdag 28 oktober 2011 09:27 schreef blomke het volgende:
Welke gasturbine staat daar voorgeschakeld?

Geen idee, ik heb maar even eentje gegoogled. Aan de schaal van de boiler te zien zal het wel iets van ongeveer 250MW Gasturbine vermogen zijn.

Of Siemens, Alstom....zeg het maar. Deze specifieke plant ken ik niet. Het is meer dat ik regelmatig bij machines van deze grootte kom en dit een leuk plaatje is.

Deze ga ik volgend weekend naar toe, dit is een 400MW eenheid met een ABB GT26. Alstom is nu eigenaar van de GT divisie van ABB.

Wbt CV ketels: Platen wisselaars heb ik in die toepassing wel gezien, maar nog niet als de directe rookgas koeler. Kun je daar eens een plaatje van laten zien?

Nog een vraagje: Ik heb circa 450m slang nodig voor dit project (16mm) waar kan ik in Twente goede slang voor een leuk prijsje krijgen?

Ik weet dat dit al bedacht en naar tevredenheid getest is. De man die daar mede verantwoordelijk voor is zit naast me op mijn werk.

Daarbij: Een vloer verwarmings fabrikant houdt (vaak) niet alleen rekening met materiaalkosten, maar ook met montage kosten. Als je bij "mijn" idee met montage rekening houdt tegen een redelijk uurtarief is mijn systeem nooit competitief. Als je bij mijn plan alleen rekening houdt met materiaalkosten wordt het plaatje heel anders.

Verder moet je iemand als klant vinden die zo gek is om een paar dagen in de kruipruimte te spenderen. Dat ik zo'n idioot ben wil niet zeggen dat het dan meteen voldoende business biedt om daar als fabrikant producten voor te ontwikkelen.

Maar wat voor factoren mis ik volgens jou? Als stromingsleer en warmte overdracht zich ergens door kenmerkt is het juist dat allerlei fenomenen zich volgens gelijke wetten laten opschalen van zeg de dikte van een haar tot de grootte van bergen en groter (zoek bijv. maar eens op Karmann vortex). Bij boeken over warmte overdracht krijg je bij gelijke fenomenen vaak sommetjes over zowel microchips als mega ketels/gebeouwen.

Waar veel mensen zich volgens mij op blind staren is dingen als "hout isoleert" en "het oppervlak van de slangen nooit genoeg is om de warmte af te geven". Dat zijn factoren die hier gewoon meegenomen zijn ook al denkt deze en gene daar anders over.