W przeszłości amoniakalne urządzenia chłodnicze były przeważnie wyposażane w skraplacze natryskowo-wyparne. Przy obecnym stanie techniki powstaje jednak pytanie: czy skraplacze chłodzone powietrzem są lepszą alternatywą? Jaki wpływ na koszty eksploatacji różnych systemów mają rosnące ceny wody, odprowadzania ścieków i energii? W poniższym opracowaniu pokazano, bazując na wynikach przeprowadzonych badań, w jakich regionach i dla jakich instalacji amoniakalnych skraplacze chłodzone powietrzem stanowią ekonomiczną alternatywę. 

    W ciągu ostatnich 30 lat rosły koszty energii elektrycznej, wody i kanalizacji, jednak zmienił się także stan techniki w chłodniczych instalacjach amoniakalnych.

Co się zmieniło?
Budowa sprężarek
    W odróżnieniu od dawniejszych urządzeń amoniakalnych, obecnie stosuje się coraz więcej sprężarek śrubowych. System smarowania sprężarek śrubowych odprowadza ciepło i dzięki temu temperatura gorących gazów jest znacznie niższa niż w sprężarkach tłokowych. Sprężarki śrubowe w instalacjach amoniakalnych mogą być stosowane w temperaturze skraplania do 50÷55°C.

Regulacja
    Dowolnie programowalna regulacja optymalizuje eksploatację urządzeń. Temperatura skraplania w celu zaoszczędzenia energii została obniżona do minimalnej dopuszczalnej wartości 20÷25°C. W ten sposób powstały nowe perspektywy oceny ekonomiczności skraplacza chłodzonego powietrzem.
    O ile w skraplaczach natryskowo-wyparnych temperatura skraplania spada proporcjonalnie do temperatury wilgotnego termometru, o tyle w skraplaczach chłodzonych powietrzem temperatura skraplania spada proporcjonalnie do temperatury otoczenia, a więc znacznie szybciej. Urządzenia chłodnicze ze skraplaczami chłodzonymi powietrzem osiągają w związku z tym przy temperaturze otoczenia poniżej 20°C niższą temperaturę skraplania niż ze skraplaczami natryskowo-wyparnymi.

Koszty substancji roboczych
    Koszty energii, wody i odprowadzania ścieków wzrosły i będą dalej wzrastać. W zależności od miejsca zainstalowania, koszty eksploatacyjne skraplaczy natryskowo-wyparnych mogą być wyższe niż dla skraplaczy chłodzonych powietrzem.

Świadomość ekologiczna
    Chemikalia do uzdatniania wody obciążają środowisko naturalne i nie mogą być odprowadzane do kanalizacji bez oczyszczenia. W wielu regionach występuje deficyt wody pitnej i jest ona kosztowna.

    Konstrukcje skraplaczy amoniakalnych można podzielić na trzy grupy.

Natryskowo-wyparne
    Para czynnika chłodniczego przepływa w zamkniętym układzie gładkorurowego wymiennika ciepła, którego powierzchnia zewnętrzna jest stale zraszana wodą obiegową. Powietrze jest przeciągane lub przetłaczane przez wymiennik, dzięki czemu następuje ochłodzenie powierzchni wymiennika i częściowe odparowanie wody.
    Chłodzenie przez powietrze i odparowanie wody powoduje odprowadzenie ciepła z pary czynnika chłodniczego i prowadzi do skraplania pary tegoż czynnika. Dzięki efektowi odparowania wody z powierzchni, nawet w wysokiej temperaturze otoczenia osiąga się temperaturę skraplania czynnika chłodniczego niższą o ok. 10 K niż w skraplaczu chłodzonym powietrzem.
    Skraplacz natryskowo-wyparny składa się z elementów takich, jak: obudowa, wężownica dla amoniaku, wentylator, odkraplacz, kolektor rurowy z dyszami do natrysku wody, wanna dla wody natryskiwanej, tłumik dźwięku (opcjonalnie), wbudowane urządzenie do podgrzewania lub osobny zbiornik wody z pompą wtórną (na wypadek mrozu).
    Do zaopatrzenia skraplacza w wodę chłodzącą potrzebne są: system uzdatniania wody świeżej, chemikalia (biocydy, ochrona antykorozyjna, stabilizator twardości wody), miernik przewodności elektrycznej, zawór z napędem siłownikowym dla odsalania i odszlamiania.
    Dostarczanie wody chłodzącej implikuje dodatkowe koszty świeżej wody, kanalizacji, chemikaliów i niezbędnego nadzoru instalacji. Wymagane media eksploatacyjne dla skraplacza natryskowo-wyparnego to: powietrze, prąd elektryczny, świeża woda, chemikalia, (ścieki).
    Urządzenia te stanowią największą grupę skraplaczy amoniakalnych.

Hybrydowe
    Skraplacz hybrydowy stanowi kombinację skraplacza natryskowo-wyparnego i skraplacza chłodzonego powietrzem.
    W klasycznym skraplaczu hybrydowym para czynnika chłodniczego przepływa w wymienniku żebrowym. Dzięki dużej powierzchni ożebrowania (podobnie jak w skraplaczu chłodzonym powietrzem), możliwa jest praca skraplacza do pewnej temperatury zewnętrznej (np. 15°C) bez zraszania powierzchni wodą. Dopiero w wyższej temperaturze otoczenia powierzchnia ożebrowana będzie zraszana wodą w celu wykorzystania efektu odparowania i uzyskania niskiej temperatury skraplania.
    Dzięki odpowiedniej podaży wody i regulacji obrotów wentylatora, powierzchnia żebrowa może być tylko częściowo zwilżona i przez to odparowuje tylko tyle wody, ile jest konieczne dla osiągnięcia założonej temperatury skraplania.
    W klasycznym skraplaczu hybrydowym występują trzy stany robocze:
● stan roboczy 1 – przy niskiej temperaturze otoczenia – ochładzanie wymiennika żebrowego za pomocą powietrza suchego. Układ pracuje tak jak skraplacz chłodzony powietrzem;
● stan roboczy 2 – przy średniej temperaturze otoczenia – część powierzchni ożebrowanej jest zraszana wodą. Układ pracuje częściowo jako skraplacz chłodzony powietrzem, a częściowo, jako skraplacz natryskowo-wyparny.
● stan roboczy 3 – przy wysokiej temperaturze otoczenia – powierzchnia żebrowa wymiennika jest zraszana w całości. Układ pracuje jako skraplacz natryskowo-wyparny.

    Skraplacze hybrydowe zużywają tylko część wody chłodzącej, która jest niezbędna dla skraplacza natryskowo-wyparnego. Dzięki temu skraplacze hybrydowe mimo wysokich kosztów inwestycyjnych i rosnących kosztów zaopatrzenia w wodę oraz usuwania ścieków są coraz bardziej ekonomiczne. W stanie roboczym 3 osiąga się taką samą temperaturę skraplania, jak dla skraplacza natryskowo-wyparnego.
    Skraplacz hybrydowy jest zbudowany z elementów takich, jak: wymiennik ciepła z rur ożebrowanych, wentylator, kolektor wodny wraz z rurociągiem wodnym, pompa obiegowa wody zraszającej, wanna na wodę zraszającą.
    Dla uzdatnienia wody konieczny jest taki sam nakład, jak w skraplaczu natryskowowyparnym. Nie jest potrzebna grzałka do podgrzewania wody podczas mrozów ani dodatkowy zbiornik wodny. W skraplaczach hybrydowych, jeśli wystąpi temperatura otoczenia w granicach od 5 do 10°C, nie potrzeba zraszania wodnego i woda jest odprowadzana poprzez zawór.
    Niezbędne media eksploatacyjne dla skraplaczy hybrydowych: powietrze, prąd elektryczny, świeża woda, chemikalia, (kanalizacja).

Chłodzone powietrzem
    Największa część spośród wszystkich instalacji chłodniczych, napełnionych czynnikiem HFC, jest wyposażona w skraplacze chłodzone powietrzem. W ciągu ostatnich 20 lat skraplacze chłodzone powietrzem były coraz częściej stosowane także w amoniakalnych instalacjach chłodniczych.
    W skraplaczu chłodzonym powietrzem para czynnika chłodniczego przepływa przez wymiennik z rur żebrowych. Para ta jest tam schładzana i zostaje skroplona. Ciepło skraplania jest odprowadzane przez powietrze chłodzące wymiennik. Po ekonomicznym doborze skraplacza temperatura skraplania może być o 10÷12 K wyższa niż temperatura otoczenia.
    Skraplacz chłodzony powietrzem jest zbudowany z następujących elementów składowych: obudowa z nogami do ustawienia, wymiennik z rur ożebrowanych, wentylatory osiowe. Niezbędne media eksploatacyjne to powietrzei prąd elektryczny.
    Skraplacz chłodzony powietrzem jest najprostszą konstrukcją spośród wszystkich skraplaczy i zawiera mało elementów składowych. Oprócz kosztów napędu wentylatorów, nie występują żadne inne koszty eksploatacyjne.
    Obok przedstawionych wyżej trzech rodzajów skraplaczy w agregatach amoniakalnych, istnieją także inne warianty, np.:
● natryskowo-wyparny z wbudowanym wymiennikiem z rur żebrowych, jako chłodnica wstępna adiabatyczna,
● chłodzone powietrzem z dyszami do natrysku wodnego.

    Obecnie wielu wytwórców konstruuje nowe kombinacje mające na celu oszczędności energii, wody i odprowadzania ścieków. Wszystkie systemy z chłodzeniem natryskowo-wyparnym wymagają jednak zaopatrzenia w wodę i związanych z tym urządzeń oraz chemikaliów. Największe zalety posiada system, który nie wymaga wody chłodzącej i chemikaliów.

Granice stosowania sprężarek amoniakalnych chłodzonych powietrzem
(...)

Porównanie zużycia energii i kosztów eksploatacji
(...)