Dry-coolery to elementy systemów klimatyzacyjnych, które odpowiadają za odbiór ciepła powstałego podczas pracy sprężarkowych układów chłodniczych. W klimatyzacji współpracują z urządzeniami chłodniczymi, w których skraplacz jest chłodzony cieczą. Do takich urządzeń należą agregaty wody lodowej, szafy klimatyzacyjne z chłodnicą bezpośredniego odparowania itp. Dry-coolery znajdują również zastosowanie w zakładach przemysłowych, gdzie odprowadzają ciepło powstałe podczas procesów technologicznych. Charakterystyczną cechą tych urządzeń jest pośredni kontakt ochładzanej cieczy z powietrzem.

Fot.: commons.wikimedia.org

W klimatyzacji wielkopowierzchniowych budynków stosuje się obecnie różnorodne rozwiązania techniczne. W zależności od podejścia projektanta mogą to być układy klimatyzacyjne oparte na systemach scentralizowanych lub zdecentralizowanych z uwagi na sposób ich zasilania. Powietrze lub nośnik chłodu w systemach scentralizowanych rozprowadzane może być kanałami lub rurociągami do przestrzeni użytkowych. W przypadku powierzchni klimatyzowanych systemami zdecentralizowanymi chłód wytwarzany jest lokalnie np. za pomocą klimatyzatorów typu split. Systemy scentralizowane spotyka się w dużych budynkach biurowych. Systemy zdecentralizowane spotyka się w niewielkich lokalach usługowych.

Dry-coolery w klimatyzacji

Dry-coolery są stosowane w systemach klimatyzacji scentralizowanej. Ich konstrukcja może być różnorodna, tym niemniej w urządzeniu zimne powietrze ochładza wodę (lub glikol), który płynie wewnątrz rur lamelowego wymiennika ciepła. Przepływ powietrza przez wymiennik jest najczęściej wymuszany wentylatorem osiowym. Warunkiem poprawnej pracy dry-coolera jest temperatura powietrza omywającego lamele, która nie może być wyższa od temperatury wody płynącej w rurkach wymiennika ciepła. Dry-coolery mogą być instalowane jako systemy poziome (rys. 1a) lub pionowe (rys. 1b).

Rys. 1. Dry-cooler w pozycji: a) poziomej; b) pionowej

Jednym ze sposobów ochładzania powierzchni użytkowych w budynkach biurowych jest zastosowanie dry-coolerów bezpośrednio do ochładzania czynnika roboczego w instalacji hydraulicznej rozprowadzającej ochłodzoną wodę (glikol). Taki układ przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Zastosowanie dry-coolerów do wytwarzania wody lodowej w instalacjach klimatyzacji scentralizowanej

Przy projektowaniu instalacji klimatyzacyjnych, w których stosuje się dry-coolery, w celu wykonania poprawnego bilansu energetycznego, powinno się założyć wstępnie:

•  wydatek objętościowy płynącej cieczy (zaleca się w zakresie od 5 do 12 l/min na dopływie do jednego krućca przyłączeniowego), 
•  stężenie i rodzaj glikolu,
•  temperaturę powietrza na dolocie do wymiennika ciepła,
•  temperaturę glikolu na dolocie i wylocie z wymiennika.

Jedną z zalet stosowania układów glikolowych z dry-coolerami jest możliwość zmniejszenia ilości czynnika chłodniczego pracującego w systemach chłodniczych sprężarkowych. Układy sprężarkowe chłodnicze mogą być załączane, gdy temperatura wylotowa glikolu z dry-coolerów nie zapewnia odpowiednio niskiej temperatury cieczy dostarczanej do klimatyzowanych pomieszczeń. Układ klimatyzacji oparty na schemacie z rysunku 2. może pracować w trybie free-coolingu w przypadku, gdy temperatura glikolu na wylocie z systemów dry-cooling nie przekracza 7÷8°C.

W przypadku gdy projektujemy instalację glikolową należy dobrać takie średnice rurociągów, by spadki ciśnienia nie generowały nadmiernych oporów przepływu. Również lokalne spadki ciśnienia generowane przez wymienniki glikolowe oraz elementy, takie jak zawory czy kształtki hydrauliczne przyczyniają się do wzrostu wymaganej mocy pompowania. Bardzo często w instalacjach z dry-coolerami stosuje się węzły pompowe, które pobierając znaczną ilość energii, zapewniają wymagany wydatek objętościowy cieczy. Zużycie energii elektrycznej przez węzeł pompowy oraz wentylatory dry-coolerów może być znaczne, jeśli średnice rurociągów są zbyt małe. Moc pompowania jest duża, jeśli opory przepływu są duże. W sytuacji gdy układ pompy nie zapewnia odpowiedniego wydatku z uwagi na znaczne opory przepływu, to przy założeniu, że oczekujemy stałych parametrów w klimatyzowanym pomieszczeniu, wzrasta temperatura na wlocie do wymiennika glikolowego. Wyższa temperatura na dolocie do wymiennika glikolowego powoduje zwiększoną pracę wentylatorów z uwagi na wymaganą temperaturę wylotową z dry-coolera, którą należy obniżyć do projektowych wartości. Aby układ drycoolerów zapewnił odpowiednią temperaturę na wylocie z wymienników lamelowych, wentylatory wymuszają większy przepływ powietrza i zużywają więcej energii elektrycznej. Wzrost temperatury glikolu po stronie dolotowej do dry-coolerów w zależności od średnicy rurociągów oraz spadku ciśnienia zilustrowano na rysunku 3. Obliczenia wykonano przy założeniu stałej mocy i temperatury dolotowej powietrza do wymienników umieszczonych w klimakonwektorach i dry-coolerach. Obliczenia wykonano również przy założonej stałej mocy elektrycznej dostarczanej do pompy.

Rys. 3. Wyniki obliczeń wzrostu temperatury dolotowej do dry-coolerów w zależności od średnicy rurociągu

Podsumowanie

W pracy przedstawiono przykład zastosowania dry-coolera jako systemu ochładzania czynnika roboczego w systemach klimatyzacji scentralizowanej. Wykonano przykładową analizę zależności temperatury dolotowej glikolu do dry-coolera w przypadku zmiany średnicy rurociągu. Dobór dry-coolerów do instalacji nie sprowadza się tylko do sprawdzenia mocy, jaką muszą one przenieść, by zapewnić komfort w klimatyzowanych pomieszczeniach. W przypadku projektowania instalacji opartej na drycoolerach należy również zoptymalizować średnice rurociągów, gdyż to opory przepływu pojawiające się na skutek strat lokalnych i liniowych dodatkowo przyczyniają się do wzrostu zużycia energii elektrycznej lub pogorszenia efektywności energetycznej całej instalacji klimatyzacyjnej.

dr inż. Robert MATYSKO
Instytut Maszyn Przepływowych
Polska Akademia Nauk