Poszukiwania możliwości obniżenia kosztów energii do wytwarzania chłodu przyczyniły się do spopularyzowania wykorzystania naturalnego zimna z otoczenia do chłodzenia, głównie w procesach technologicznych, a także w klimatyzacji

Zasada działania i budowa
Agregaty wody lodowej wyposażone w dodatkową chłodnicę wentylatorową oddającą ciepło do otoczenia pozwalają na znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacji i wydłużenie żywotności agregatów chłodniczych. W okresie, w którym temperatura wody powracającej do agregatu jest wyższa od temperatury otoczenia, dodatkowy wymiennik odbiera ciepło od wody (rys. 1a).

Zasada wykorzystania chłodzenia naturalnego w instalacjach chłodniczych

Chłodzenie wody w tym okresie będzie się odbywało przy częściowym udziale sprężarek (rys. 1b), bądź całkowicie bez ich użycia (rys. 1a). Jednostki takie są stosowane najczęściej w instalacjach przemysłowych, gdzie zyski ciepła do odebrania przez wodę są w przybliżeniu stałe przez cały rok. Przykładem może być chłodzenie oleju w maszynach do produkcji tworzyw sztucznych. Temperatura wody powracającej z maszyn o temperaturze 15°C pozwoli je chłodzić bez użycia obiegu sprężarkowego przez cały okres zimy. W skrajnym przypadku, gdy wymagana jest na przykład temperatura 45°C możliwe jest chłodzenie tylko przy pomocy chłodnicy wentylatorowej, w której powietrze przez cały rok chłodzi nośnik zimna. Agregat chłodniczy jest zbędny.

Okres chłodzenia z całkowitą mocą chłodniczą uzyskiwaną w sprężarkach (rys. 1c) jest krótki, a jego długość zależny od wymaganej temperatury wody chłodzącej. Widać to wyraźnie na rysunku 2. Jest to zasadnicze zmniejszenie kosztów chłodzenia, które to zależą od wielkości wymiennika do chłodzenia wody technologicznej powietrzem z otoczenia. Wyższy koszt inwestycyjny zwraca się poprzez niższe koszty eksploatacyjne.

W typowych agregatach chłodniczych z wykorzystaniem chłodzenia naturalnego, dodatkowe wymienniki są zamontowane przed skraplaczem. Specjalny przypadek takiego rozwiązania przedstawia rysunek 3. Jak można zauważyć, lamelowany blok czterorzędowego wymiennika ciepła został podzielony tak, że dwa rzędy są skraplaczem, a dwa zewnętrzne chłodnicą płynu, od której ciepło odbiera powietrze. Zaletą takiego rozwiązania jest wykorzystanie tych samych wentylatorów oraz minimalnie większe gabaryty agregatu.

Jednak dodatkowy wymiennik przed skraplaczem to jednocześnie stały dodatkowy opór przepływu dla powietrza. Ma to istotny wpływ na klasę energetyczną agregatu, a tym samym koszty jego eksploatacji.

Inne, często stosowane, rozwiązanie wykorzystania wymienników chłodzonych powietrzem we współpracy z agregatami chłodniczymi przedstawia rysunek 4. Można je stosować wszędzie tam, gdzie zapewniona jest odpowiednia ilość miejsca na lokalizację dwóch, najczęściej dość dużych urządzeń. W tym rozwiązaniu korzystny jest fakt całkowitego wyłączenia agregatu, gdyż wystarcza chłodnica wentylatorowa. Moc i sprawność takiego rozwiązania jest zazwyczaj wyższa, a tym samym niższe są koszty eksploatacyjne. Powietrze chłodzące nośnik zimna przepływa tylko przez jeden wymiennik, a więc wentylator pobiera mniej energii niż w przypadku rozwiązania kompaktowego, czyli umieszczenia wszystkiego w jednej ramie jako agregat. Specjalnym przypadkiem jest zastosowanie samej wentylatorowej chłodnicy. Jest to możliwe, gdy wymagana temperatura chłodziwa jest relatywnie wysoka np. 35°C. Przykład takiego rozwiązania przedstawia rysunek 5.

Rys. 4. Instalacja chłodnicza do przetworów spożywczych [4] a) Schemat instalacji wody lodowej z chłodnicą free coolingu: 1 - agregat wody lodowej, 2 - zbiornik buforowy, 3 - chłodnica freecooling, 4 - pompa wodna, 5 - zawór trójdrogowy free coolingu, 6 - naczynie wyrównawcze b) Instalacja do chłodzenia przetworów spożywczych: wymiennik na pierwszym planie, agregat chłodniczy widoczny w tle

Wybór nośnika zimna (...)

Efekty ekonomiczne (...)

Możliwości zwiększenia sprawności (...)

LITERATURA
[1] Water chillers and heat pumps air-water with scroll compressors LXP. USE and maintenance manual. (Zasady doboru i instrukcja obsługi). Windex. Airconditioning. Vicenza – Italy, 2005.
[2] RECKNAGEL, SPRINGER, HÖNMANN, SCHRAMEK: Poradnik Ogrzewnictwo i Klimatyzacja. Wydanie I EWFE Gdańsk, 1994.
[3] GAZIŃSKI B. i inni: Chłodnictwo dla praktyków. Systherm, 2004.
[4] Dokumentacje i materiały firmy Systherm D. Gazińska sp. j.

AUTORZY: Bolesław Gaziński, Marek Gaziński
Systherm Chłodnictwo i Klimatyzacja Sp. z o.o.