Molijerov h-x dijagramMr Drago Goli, dipl. in.,IMP, Avtomatika, 61000 Ljubljana,Joeta Jame 16

Cilj ovog lanka nije upoznavanjestrunjaka iz oblasti klimatizacije safizikalnim tumaenjima Moliierovog h-xdijagrama za homogenu smeu suvogvazduha i vodene pare, ve sa polaznimtakama potrebnim za razvoj savremenograunarskog slovno-brojanog programa,koji bi bio sastavni deo grafikogekspertnog raunarskog sistema.

Uvod

Na tritu ima mnogo raunarskih programa zaMoliierov h-x dijagram, ali je malo onih koji biomoguili:

viesmerno uporedno izraunavanjejednaina,

spreavanje nemoguih i neloginih poda-taka ve u fazi unoenja podataka,

dijagnosticiranje greaka pri unoenju i utoku izvocnja numerikog izraunavanjajednaina,

nadgradnju i udruivanje sa grafikimraunarskim programima.

Odreivanje stanja vlanog vazduha

Stanje vlanog vazduha moe se odrediti sanajmanje dve nezavisne veliine, koje na datomatmosferskom pritisku biramo za optu inenjerskupraksu meu veliinama t, tm, tr, h, x, , i pp.Oznake imaju sledea znaenja:

t temperatura suvog termometra u C,tm temperatura vlanog termometra u C,tr temperatura roenja vazduha u C,h specifina entalpija vazduha u kJ/kg,x apsolutna vlanost vazduha u g/kg, relativna vlanost vazduha u % r. v, gustina vazduha u kg/m3 ipp parcijalni pritisak vodene pare u kPa.

Veliine su prikazane i na slici 1. Nazivamo ihbazom podataka. Ova baza u naem sluajuomoguava odabiranje dveju proizvoljnih veliinakao ulaznih podataka, gde su svi ostali podaciizlazni. Moemo da odaberemo 28 ovakvih dvojnika,to odgovara broju kombinacija od

osam elemenata po dva zajedno, a stvarno ih imasamo 25, poto su veliine tr, x i pp meusobnozavisne.

Za ovakav nain unoenja ulaznih podatakamora postojati raunarski program visokomodulacijskog stepena, to znaoi 25 potprograma,odnosno 25 razliitih istovremeno numerikihprorauna matematikog modela, iji su naziviprikazani u tabeli 1.

Postoji nekoliko ovakvih veliina vlanog vaz-duha, koje nisu pogodne za ukljuivanje u bazupodataka, poto bi samo poveale brojkombinacijskih mogunosti pri unoenju podataka.Kao samo ulazni podatak je ovakva veliina: patm atmosferski pritisak u kPa.

Kao iskljuivo izlazni podaci su veliine:

p parcijalni pritisak vazduha u kPa,hp entalpija vodene pare u kJ/kg,hv entalpija vode ili leda u kJ/kg ip'p parcijalni pritisak vodene pare zasienog vazduha u kPa.

Matematiki model

Povezivanje pojedinih veliina vlanog vazduhazasniva se na tri osnovna naela:

zakonu o idealnom gasu, Daltonovom zakonu o smei idealnih gasovai Prvom zakonu termodinamike.

Tabela 1.tm t, h x cp p pp

t t tm t tr t h t x t t t pptm tm --- tr tm h tm x tm tm tm ppt, tr h -------- tr tr ---------h h x h h h Ppx x x ---------- p pp PP

Na osnovu ovih naela izradiemo matematikimodel samo do onog stepena tanosti, koji jepotreban u inenjerskoj praksi u klimatizaciji.Znamo, naime, da apsolutni parcijalni pritisakvodene pare pri pretvaranju vlanog vazduha retkoprelazi 4 kPa. Takoe i gustina zasiene vodenepare ve pri 50C samo sa 0,5% odstupanja pratizakon idealnog gasa, a pri 20C greka iznosi0,07%. Slina je takoe entalpija. Tu je odstupanjepri 50C samo 0,06%, a pri 20C greka tj.odstupanje se gubi. Specifina toplota se u vrloirokom rasponu, izmeu 70C i 125C, skoro i nemenja.

U produetku sledi takav matematiki model, daje svaka jednaina po potrebi modela izvedena savie promenljivih, koje sadri. Svakako redosledjednaina sa odreenim ulaznim podaci-

Tabela 2.U

lazn

ipo

data

k

Jedi

nice

Doz

volje

nood Po

dru

je d

o

Doz

volje

no0 Doz

volje

no h'h kJ/kg h < h (x, t = 150C) 7.1. hh kJ/kg h < h (x(pP), t = 150C) 2.1. h kg/m3 > (t, p'p (t)) 8.1. < 'X kg/kg x < x'(t) 1.1.+2.1. x > x'PP kPa PP < P'p(t) 1.1. PP > P'P % r. v. > (x, t = 150C) % r. v. > (x(pp), t = 150C)

36

1.2. Temperatura roenja vazduha 6150,6

P ' p < P ' p ( t = 0) : t1 =------------------------------------------P'P

In --------------------- -- 273,333.61633E9

3928,5P'p = P'P(t = 0): t1 =-------------------------------------------

P'PIn ------------------- -- 231,667

1,40974E7Tabela 4.

Izra

una

vanj

e ve

liin

a

Nije

dozv

olje

no Ko

nsta

lac

ija Ozn

aka

jedn

ain

e

p'p(t) = 1.1.p'p(tm) = 1.1.X'(patm, p'p(tm)) = = 0

< 0 X'= 0 ili p'p =patmtm suvie visok

2.1.

hP(t) = 3.1.hP(tm) = 3.1.hv(tm) = 4.1.

X(x'(tm),tm, t,hp,hv)= < 0> 200

tm suvie nizakx prevelik

5.1.

pp(x, patm) = 2.2. (PP. P'p(t)) = > 100

x = 0tm > ttr neodreeno

6.1.

p'p(t, = 0) = 1.1bt,(pp) = 1.2a ill 1.2bx = x 1000h(t, x) = 7.1.(patm,pp,t) = 8.1.

2.1. Apsolutna vlanost vazduha

ppx = 0,622 ----------------

Patm Pv

2.2. Parcijalni pritisak vodene pare

xpp Patm-----------------------------------------

x + 0,622

3.1. Entalpija vodene pare

hp = 2501 + 1,863 t

4.1. Entalpija vode

t < 0 hv = 334 + 1,955 t

t 0 hv = 4,1868 t

5.1. Apsolutna vlanost vazduha

x' (tm [hp (tm) hv (tm)] + 1,0048 (tm t)x = ---------------------------------------------------------------

hp (t) hv (tm)

6.1. Relativna vlanost vazduha

= 100pp(t)/p'p(t)

6.2. Parcijalni pritisak vodene pare

pp (t) = p'p (t) /100

6.3. Parcijalni pritisak vodene pare zasienogvazduha

p'p (t) = pp (t) 100/

7.1. Entalpija vazduha

h = 1,0048 t + x (2501 + 1,863 t)

7.2. Apsolutna vlanost vazduha

x = (h 1,0048 t)/(2501 + 1,863 t)

7.3. Temperatura vazduha po suvom termometru

t = (h 2501 x)/(1,0048 + 1,863 x)

8.1. Gustina vazduha = 1000 (patm pp)/ [286,7 (t + 273,15] ---

1,32 pp/(t + 273,15)

8.2. Parcijalni pritisak vodene pare

pp= [(1000patm 286,7 (t ++ 273,15)] / 1378,4444

8.3. Temperatura vazduha po suvom termometru

t = [(3,48797 patm 4,80797 pp) / ] 273,15

Odreivanje greakaKao to smo ve napomenuli, mora savremeni

program raunara biti pre svega u stanju da prenosiporuke i mora korisniku pruati mogunosti provereulaznih i izlaznih podataka, ak i meu rezultate u tokusamog modeliranja. Tako je u tabeli 2. prikazana proveraulaznih veliina, imajui u vidu dozvoljene granice, a utabeli 3. se vidi deo logine provere s obzirom na meu-sobne zavisnosti ulaznih veliina. Provera u tokumodeliranja je prikazana na primeru.

Potrebno je upozoriti i na to da faktor SHF nijeupotrebljiv za runa grafika reenja u Mollierovom h-xdijagramu, poto je precizan sarno u psihrometrijskomdijagramu, koji se primenjuje u Americi. Za regulacijuureaja za kliimatizaciju oblast podataka neemooblikovati, jer je suvie obimna.

PrimeriInteresuje nas, kako na osnovu datih izraza izraditi

pomenutih 25 potprograma. Poto su naini vie ili manjeslini, pogledaemo redosled izvoenja jednaina samoza dva potprograma. S obzirom na tabelu 1, veoma supogodne relacije t tm i t pp.

Na slici 2. je za potprogram ttm prikazano nekolikovanih veliina u Mollierovom h-x dijagramu, a u tabeli 4.redosled izvoenja jednaina datog matematikogmodela, konstatacija i oznake jednaina. Jednaine suanalitiki reive.

Na slici 3. je za potprogram t pp isto tako prikazanonekoliko vanih veliina u Molliero-

vom h-x dijagramu. Za ovaj potprogram neemoprikazivati redosled izvoenja jednaina, all je potrebnonapomenuti da jednaine nisu analiti-

ki ve numeriki reive (izraunavanje samopriblino).

Listing program za depni raunar HP41CV jeprikazan na slici 4.

SI. 4.

ZakljuakStrunjak za klimatizaciju i automatizaciju e biti

iznenaen mogunostima ovako zasnovanogprograma za proraun veliina stanja vlanogvazduha, poto e moi na datom atmosferskompritisku odnosno pri datoj nadmorskoj visini izvoditianalize, koje inae ne bi bile mogue.

Osnivai ekspertnih raunarskih programskihsistema e moi program dopuniti do stepena kadae putem promene vlanog vazduha moi za datuklimatizacionu zonu i date temperature i tolerancijevlanosti u klimatizovanom prostoru automatizovatiizbor klimatizacionog sklopa i ureaja zaklimatizaciju. Tu e naii na novu oblast podataka ito:

grejnu toplotu, rashladnu toplotu, toplotu za suenje pri hlaenju, toplotu pri hemijskom suenju, eksploataciju adijabatskog vodenog

vlaenja, eksploataciju neadijabatskog vodenog

vlaenja, entalpijsku razliku parnog vlaenja, koeficijent smera h/x, faktor SHF.

Literatura[1] GOLI, D.: Avtomatizacija klimatizacijskih

na-prav, Fakulteta za strojnitvo, Ljubljana,1986.

Novi deljivi digitalni automatizacijski sistem ,,IMP-Cadring"Tehnologija ovog novog sistema omoguava takvu automatizovanu.

arhitekturu, pri kojoj je inteligencija podeljena na delove klimatizacionihureaja ili postrojenja.

U arhitekturi ovakvog sistema na najniem mestu se nalazi logikataka; to je merno, ili izvodljivo mesto. Za svaku logiku taku se povezujesklop atributa i parametara, koji su opredeljeni na viem mestu arhitektureu podstanicama DDC IMPCadrihg. Ovih sistema moe biti vie. Oni presvega mogu raditi potpuno samostalno, a povezani su nadreenimravnima kao i meusobno. Na viem mestu arhitekture nalaze se nadzornilini raunar IMPCadring. Komunikaciona mrea IMPCadring omo-guuje ravnopravno povezivanje.

Podstanice IMPCadring DDCPodstanice IMPCadring DDC su automatizevane jedinice podeljene

inteligencije i velike prilagodljivosti na mainskoj i programskoj opremi ikomunikacijama. S obzirom da imaju unapred odreene standardnefunkcije, one moraju biti najpre oblikovane, pri emu razlikuiemo:

konfiguraciju mainske opreme, konfiguraciju prograrnske opreme i komunikacijsku konfiguraciju.U svako doba moemo izvesti konfiguraciju i rekonfiguraciju, te stoga

govorimo o programiranom sistemu sa prikljuenim raunarom.Konfiguracija mainske opreme ukljuuje pravilna povezivanja

odgovarajuih ulaznih i izlaznih kanala. Ulazni kanali mogu biti analogni(merni signali), ili digitalni (za prikaz stanja ili upravIjanja spojeva), zbogega su poznati pod nazivom univerzalni ulazi. Izlazni kanali mogu bitianalogni (0 do 10, ili 4 do 20 mA), za odreivanje pozicija ventila ilialuzina, za postavljanje eljenih vrednosti drugim regulatorima za upravljanje regulatora broja obrtaja, ili za oblikovanje takozvanih eksternihsekvenci. Digitalni izlazni kanali su namenjeni razliitim ukljuenjima, ilitrotakastom upravljanju elektromotornih pogona. Neke podstanice DDCimaju samo analogne izlazne kanale, to znai da je mogue postiidigitalne izlazne kanale sa eksternim sekvencama.

Konfiguracija programske opreme odreuje kako da se automa-tizacione i nadzorne funkcije, potrebne za pojedine primene, izvode. Usutini se radi o kolekciji programiranih standardnih funkcija, od kojihsvaka ima svoju specijalnu automatizacijsku ulogu i koje je naizgledmogue povezati u beskonaan broj kombinacija, da bi se dostiglaautomatizacijska strategija.

Komunikacijska konfiguracija definie naine na koje mogu podstaniceDDC saraivati sa rukovaocima i drugim ureajima. Tu su poznata dvanaina: komuniikacija se aktivira na nekom drugom mestu, ili se onaaktivira sa podstanice DDC.

IMP-Cadring komunikacione mreeIMPCadring komunikaciona mrea je razvijena tako, da omoguuje

slobodno meusobno povezivanje podstanice IMPCadring DDCkontrolnim linim raunarima, modemima, tampaima i drugim ureajima.Sa osnivanjem kone mree i statistikim nainom mrea, IMPCadringposeduje sutinske prednosti u odnosu na mree sa osrednjim sistemom,npr. glavne i podreene sisteme.

Svaki ureaj je prikljuen na svoje sopstveno vorite na mrei, avorita u kruni tok. Svako vorite ima svoj naslov, tako da na taj nainsvako od njih moe da poalje poruku bilo kom drugom voritu. Naslov jepotrebno postaviti runo sa 8 runih prekidaa.

vorite na mrei je vorini raunar. To je mali mikroprocesor u ulozipotara. Ve je ugraen u podstanicu DDC, koja ne proverava samo ciljnenaslove, ve proverava i poruke s obzirom na greke te izdvaja loe.Osim. ove poruke, on uva i pamti poruku, dok ona ne budespremna da je prihvati. Tip vorista je prilagoen ureaju, koji je na njegaprikljuen. IMP Cadring komunikaciona mrea moe imati najvie 111

povezanih mrea, a svaka mrea po 111 vorova, koji mogu biti:

vorite CNC (Communication Node Controller) za kontrolne lineraunare, podstanice DDC i za tampae;

vorite PNC (Personal Computer Node Controller) za kontrolneline raunare, koji su zatieni od ulaza u programsku opremu;

vorite ANC (Autodial Node Controller) za samoizborni telefonskimodem za povezivanje izmeu udaljenih vorita ili sa nekom drugommreom;

vorite INC (Internetwork Node Controller) za prikljuivanje nadruge susedne krune mree, koje rade pri razliitoj brzini prenosapodataka.

Poruka, koju neko vorite alje, ima kod poruke (97 znakova) dodatjos naslov odailjajueg vorita i naslov ciljnog vorita, oznaku zapoetak i kraj poruke. Svako vorite u krunoj mrei posle toga porukuprima i uporeuje svoj maslov sa ciljnim naslovom poruke. Ako se nasloviuklapaju, odgovarajue vorite poruku skida sa mree, alje svomeureaju i odmah alje krau potvrdu o prijemu poruke predajnomvoritu.

Mrea IMPCadring ima dva razliita naina komunikacija, obaserijska, a to su:

- komunikacija izmeu vorita i ureaja (RS232C) i komunikacija meu voritima (Token passing).Serijska mrea za komunikaciju izmeu vorita i ureaja troi male

snage pri naponu od najvie +25 V, to znai sigurnost ureaja predunistenjem te isto tako uglavnom male udaljenosti komuniciranja donajvie 15 m.

Seriiska mrea za komunikacije izmeu vorita primenjuje zbogveih traenih razdaljina strujni signal 20 mA, koji omoguava prenos donajvie 1 km predajnog sledeeg vorita, odnosno do najvie 2 kmpredajnog vorita, ukoliko jedno vorite koje se nalazi izmeu ispadne.Ispadanje orita, da ne bi ispala mrea, omoguuje etvoroputni relejza premoavanje.

IMPCadring kontrolni lini raunariIMPCadring kontrolni lini raunari doslovno reeno nisu vie

elementi za upravljanje procesom, ve je njihov zadatak pre svegasinteza, prikupljanje informacija, praenje alarma za odravanje imenjanje eljenih parametara procesa sa neposredno prikljuenimraunarom na podstanicama IMPCadring DDC. Kontrolni lini raunarje mogue primeniti na mestu procesa, ili ga ukljuivati putem telefona.Programska oprema nadzora je opremljena tehnikom izbora i prozorima,te je veoma jednostavna za primenu. Omoguuje grafiku u boji tetakozvane ive odnosno dinamine slike, koje vrednosti mernih veliina,eljene vrednosti itd. u realnom vremenu ispisuju ve na tehnolokimslikama procesa sa ekrana tano na mestima gde su ucrtana i nije ihpotrebno ispisivati u preglednicama. Omoguuje simuliranje regulacijskihpetlji za bre i optimalnije odreivanje regulacijskih parametara (Xp ti, ta).Pomou prozora je mogue na ekranu istovremeno obraivati iliposmatrati vise primena. Integrisana banka podataka i obrada tekstovaomoguuju ukupan udruen pregledni sistcm nadzora potronje energije.Pomou posebnih programa je mogue nacrtati automatizacijskestrategije podstanica IMPCadring DDC. Zbog izvoenja vise radovamogua je istovremena obrada pomou programske opreme i nadzora isa programima za obradu tekstova, baze podataka i drugih programa.

Programska oprema IMPCadring sa oznakom 940 se nalazi nasvim linim raunarima, koji podupiru MS-Windows i MS-DOS i ona jeu ovom trenutku najsavremenija u svetu.

Klimatizacija grejanje hlaenje broj 2/1989.