Coraz bardziej rygorystyczne przepisy wymuszają ciągłe poszukiwanie rozwiązań poprawiających efektywność zaprezentowanych urządzeń. W niniejszym artykule zostaną przedstawione przykładowe rozwiązania.

Dry-coolery i pośrednie wieże chłodnicze to elementy systemów klimatyzacyjnych, które odpowiadają za odbiór ciepła powstałego podczas pracy sprężarkowych układów chłodniczych ([1-6] rys. 1.). W klimatyzacji współpracują z agregatami chłodniczymi, w których skraplacz jest chłodzony cieczą. Do takich urządzeń należą agregaty wody ziębniczej, szafy klimatyzacyjne z chłodnicą bezpośredniego odparowania itp. Dry-coolery i pośrednie wieże chłodnicze znajdują również zastosowanie w zakładach przemysłowych, gdzie odprowadzają ciepło powstałe podczas procesów technologicznych. Charakterystyczną cechą obydwu urządzeń jest pośredni kontakt ochładzanej cieczy z powietrzem (kontakt odbywa się poprzez ściankę wymiennika ciepła). Zasadniczą różnicą pomiędzy rozpatrywanymi urządzeniami jest ich budowa (rys. 1. i 2.): pośrednie wieże chłodnicze wyposażone są w wężownicę, która jest dodatkowo zraszana wodą, natomiast dry-coolery zazwyczaj wyposażone są w płytowy wymiennik ciepła. Zraszanie wodą w przypadku drycoolerów jest opcjonalne.

Rys. 1. Dry-coolery i pośrednie wieże chłodnicze [1]: a) pośrednia wieża chłodnicza jako element systemu HVAC; b) dry-coolery w układzie V zamontowane na dachu budynku; c) dry-cooler w układzie horyzontalnym

Głównym elementem składowym dry-coolera (rys. 2a) jest chłodnica (3), przez którą przepływa medium – woda lub roztwór glikolu (11), odbierające ciepło ze skraplacza (8), ochładzane pędem powietrza (4) wymuszanym przez wentylatory (najczęściej osiowe, choć istnieją również wykonania specjalne z wentylatorami promieniowymi), (1) i (2). Wentylatory umieszczone są w ten sposób, aby powietrze przepływało jednostajnie przez całą ich powierzchnię. W ten sposób medium oddaje ciepło do otoczenia. Obieg medium chłodzonego wymusza pompa (7), płyn do chłodnicy jest doprowadzany i odprowadzany siecią przewodów (5) i (6). Dodatkowo dry-cooler może być wyposażony w system zraszający, składający się z: pompy obiegowej (14), sieci przewodów (13), zbiorniczka na wodę (10), spust wody (12) oraz układ uzupełniania wody (9). Woda wykorzystywana do schłodzenia powietrza powinna posiadać parametry zgodne z wymogami Dyrektywy 98/83/EC. Ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych pH powinien mieścić się pomiędzy 6,0÷8,0, zaś twardość wody pomiędzy 2 i 4°F [6]. Maksymalne dopuszczalne stężenie chloru wynosi 200 ppm. Przy zastosowaniu wody natryskiwanej na wymiennik przez okres do 200 godzin w ciągu roku nie tworzy się kamień wapniowy na powierzchni wymiennika. Z tego powodu producenci sugerują zastosowanie licznika czasu godzin pracy układu zraszania, by przestrzegać tego warunku. Dysze powinny być czyszczone i kontrolowane co najmniej raz w roku [6] Wyróżniamy chłodnice o budowie horyzontalnej, pionowej oraz w układzie V, różniące się wielkością i wyposażeniem oraz sposobem regulacji (regulacja krokowa, płynna – falownik lub przetwornik napięciowy). W warunkach idealnych dry-cooler pozwala na uzyskanie temperatury termometru suchego chłodzącego powietrza (w praktyce wielkość ta jest nieosiągalna). Zasadniczy wpływ na efektywność dry-coolera ma zatem strefa klimatyczna, w jakiej jest montowany, a także gdzie jest zlokalizowany w budynku (efektywność urządzenia będzie niższa w miejscach bardziej nasłonecznionych). Efektywność energetyczna agregatów chłodniczych współpracujących z dry-coolerem jest niższa w stosunku do systemów z wieżami chłodniczymi, gdyż w przypadku suchych schładzaczy cieczy wymagana jest wyższa temperatura wody chłodzącej skraplacz. Wyższa temperatura wody umożliwia przekazanie jej ciepła do powietrza atmosferycznego (o temperaturze na poziomie 30÷35°C). Najczęściej przyjmowane wartości temperatury schładzanej wody wynoszą 45/40°C (przy powietrzu o temperaturze równej 30°C).

Rys. 2. Dry-cooler i pośrednia wieża chłodnicza: budowa [1]: a) budowa dry-coolera; b) budowa pośredniej wieży chłodniczej

Typowa wieża chłodnicza pośrednia (rys. 2b) posiada komorę z wężownicami oraz zwykle jeden lub kilka wentylatorów (6). Podgrzany czynnik chłodniczy z układu instalacji chłodzącej jest doprowadzany do wężownicy skraplacza (1), gdzie jest schładzany przez powietrze przepływające przez wypełnienie. Następnie chłodzone medium odprowadzane jest znowu do układu (2). W tym systemie, zamiast elementów wypełnienia, stosowanych w otwartych urządzeniach do schładzania wody, występują wymienniki ciepła wykonane z ożebrowanych lub gładkich rur zabezpieczonych przed korozją. Wężownica skraplacza jest zraszana wodą poprzez system dysz (4), w celu zwiększenia efektywności chłodzenia. Woda zbiera się w tacce ociekowej (5). Przy niskiej temperaturze zewnętrznej natrysk wodny zostaje wyłączony i na wymienniku zachodzi tylko wymiana ciepła jawnego. Jeśli pośrednia wieża chłodząca używana jest do chłodzenia czynnika chłodniczego w agregacie chłodniczym, jest ona nazywana skraplaczem wyparnym. Wielkość wież chłodniczych dobiera się na podstawie określonej, wymaganej temperatury schłodzenia wody. Im niższa jest wymagana temperatura, tym większa musi być projektowana wieża. Zasadniczą zaletą wież pośrednich jest fakt, że woda schładzana krąży w zamkniętym obiegu, nie wchodząc w kontakt z powietrzem. Nie jest więc zanieczyszczona i nie staje się agresywna wskutek nasycenia tlenem lub chlorkami z powietrza. Wieże chłodzące są bardziej kosztowne niż suche chłodnie i są głównie stosowane w dużych instalacjach chłodniczych lub układach, gdzie występuje wysoka temperatura zewnętrzna [2, 3].

Rozwiązania poprawiające skuteczność

(...)

Rys. 7. Dry-coolery i pośrednie wieże chłodnicze z M-obiegiem [5]: a) pośrednia wieża chłodnicza z M-obiegiem; b) schemat dry-coolera z przeciwprądowym schematem przepływu ochładzanej wody i powietrza; c) schemat dry-coolera z krzyżowym schematem przepływu ochładzanej wody i powietrza; d) wizualizacja dry-coolera z przeciwprądowym schematem przepływu ochładzanej wody i powietrza; e) wizualizacja dry-coolera z krzyżowym schematem przepływu ochładzanej wody i powietrza; f) wypełnienie z perforacją

Podsumowanie

W niniejszym artykule przedstawiono rozwiązania technologiczne pośrednich wież chłodniczych i dry-coolerów oraz rozwiązania podwyższające ich skuteczność. Do wymienionych rozwiązań należą:

• 1 zastosowanie dysz zraszających dry-cooler,
• 2 zastosowanie rozwiązań obniżających temperaturę powietrza przed wlotem do wieży / dry-coolera,
• 3 zastosowanie częściowo zraszanych wymienników ciepła, dzięki czemu oszczędzana jest woda zwilżająca wymiennik,
• 4 wykorzystanie nowoczesnych wypełnień wymienników ciepła z odpowiednim przekrojem rur i ożebrowaniem,
• 5 zastosowanie niskoszumowych wentylatorów i tłumików wodnych (poprawa komfortu użytkowników systemu),
• 6 zastosowanie nowych, innowacyjnych obiegów chłodniczych (obieg Maisotsenki):
  • – w technologii wież chłodniczych z wykorzystaniem perforowanych wypełnień,
  • – w technologii dry-coolerów z krzyżowym i przeciwprądowym schematem przepływu powietrza i wody.

LITERATURA:

[1] Dostępne katalogi i pomocnicze materiały projektowe producentów.
[2] ADAMSKI B.: Jak zmniejszyć koszty eksploatacyjne systemów klimatyzacyjnych w nowoczesnych budynkach. Rynek Instalacyjny. 3/2010. s. 47–53.
[3] ADAMSKI B.: Możliwości odbioru ciepła ze współczesnych sprężarkowych urządzeń chłodniczych. www.klimatyzacja.pl. (opublikowano 13.08.2008 stan z dn. 12.04.14).
[4] H. RECKNAGEL, E. SPRENGER, W. HON-MANN, E. R. SCHRAMEK: Poradnik Ogrzewanie + Klimatyzacja. Wydanie 1. Gdańsk, 1994.
[5] ANISIMOV S., PANDELIDIS D.: Nowoczesne rozwiązania w technologiach wież chłodniczych i dry-coolerów. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 11/2012.
[6] ADAMSKI B.: Dry-coolery – nowe rozwiązania, nowe możliwości... Chłodnictwo & Klimatyzacja. 12/2010.

prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
mgr inż. Demis PANDELIDIS
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w Chłodnictwie i Klimatyzacji nr 07/2014