Ostatnie decyzje organizacji europejskich, odpowiedzialnych za kreowanie polityki proekologicznej, obejmujących swoim zasięgiem także zakres technologii chłodniczych i klimatyzacyjnych, spowodowały, iż wieże chłodnicze w coraz większym zakresie wracają na deski kreślarskie do pracowni projektowych. Ten kierunek jest i będzie widoczny także w naszym kraju. Jest on ściśle związany z zastosowaniem różnorodnych aplikacji technologicznych dla klimatyzacji i chłodnictwa wykorzystujących wieże chłodnicze.
Instalacje bazujące na wieżach chłodniczych oraz ich charakterystyki techniczne już kilka razy były opisywane na łamach „CH&K”, ale wydaje się, iż temat ten staje się coraz bardziej aktualny i wymaga powtórzenia.
 |
| Rys. 1. Wieża kompaktowa w transporcie docelowym na miejsce instalacji |
Trendy w stosowaniu wież chłodniczych, oprócz wymuszanych przez przepisy proekologiczne, podyktowane są także aspektami technologicznymi. Wieże chłodnicze pozwalają na chłodzenie, odprowadzając znaczne ilości ciepła, uzyskując temperatury wody wyjściowej maksymalnie zbliżone do temperatury mokrego termometru. W urządzeniach wykorzystywana jest przy tym woda jako czynnik chłodzący i naturalne procesy występujące na co dzień w przyrodzie. Ponadto rozwiązania oparte o wieże chłodnicze poparte są korzystnymi aspektami energetycznymi wynikającymi ze sprawności wymiany ciepła przy równoczesnym mniej uciążliwym oddziaływaniu na środowisko (ze względu na niższy emitowany poziom hałasu).
Dla przypomnienia, klasyczne wieże chłodnicze konstrukcyjnie składają się (patrząc od dołu konstrukcji) z:
- wanny, stanowiącej zbiornik wody,
- złoża odpowiedzialnego za zwiększenie powierzchni wymiany ciepła,
- systemu tryskaczy.
Ze względu na przeznaczenie i rodzaj instalacji (determinujący sposób wykorzystania wież chłodniczych) urządzenia dzielimy na dwie grupy: do zastosowań przemysłowych i do systemów klimatyzacji. Z tym podziałem kojarzy się wielkość systemów. Powiązana jest ona z ilością wymienianego ciepła i z miejscem zastosowania. Wieże o dużej wydajności, i z reguły wysokotemperaturowe, stosowane są w aplikacjach przemysłowych, natomiast średnio- i niskogabarytowe w klimatyzacyjnych. Aczkolwiek należy zaznaczyć, iż także w zastosowaniach przemysłowych spotyka się wieże o małych gabarytach (wydajnościach) i do tego niskotemperaturowe.
Przez zastosowania niskotemperaturowe należy uważać wszelkie zastosowania wież chłodniczych, gdzie temperatury pracy odpowiadają temperaturom typowym dla zastosowań do klimatyzacji, czyli medium wymagającego schłodzenia o temperaturze poniżej 40ºC. Jest to konsekwencją ilości odprowadzanego ciepła w systemach klimatyzacyjnych, z reguły od agregatów wody lodowej ze skraplaczami wodnymi (zarówno agregaty freon/woda jak i absorpcyjne) lub też od pomp ciepła, gdzie woda jest czynnikiem chłodzącym skraplacz.
Wyodrębnienie wież w zastosowaniach tzw. niskotemperaturowych jest logiczną konsekwencją rozwiązań technologicznych konstrukcji wież chłodniczych oraz wynikających z temperatury pracy uwarunkowań eksploatacyjnych charakterystycznych dla tego zakresu. Oznaczenie temperatury 40ºC jako granicznej ma swoje uzasadnienie np. w ograniczeniu zastosowania materiału konstrukcyjnego wież – stali galwanizowanej. Powyżej tej temperatury zachodzą zjawiska odpowiedzialne za zwiększenie korozji elektrochemicznej, co powoduje przyśpieszoną destrukcję elementów konstrukcyjnych i przez to stwarza niebezpieczeństwo pojawienia się i wzrostu kolonii bakterii.
Materiał konstrukcyjny obudowy
W tym wypadku również istnieje kolejny podział wież chłodniczych – na urządzenia:
- ze stali galwanizowanej,
- stali nierdzewnej,
- betonowe,
- poliestrowe,
- a także z połączenia stali z… drewnem.
Drewno jako materiał konstrukcyjny nadal stosowany jest między innymi w konstrukcji wież chłodniczych i ma szerokie zastosowanie tam, gdzie jest potrzeba materiału odpornego na silnie korodujące medium lub w miejscach, gdzie ważny jest poziom hałasu – a drewno świetnie tłumi opadającą wodę. Opcjonalnie wewnętrzne elementy konstrukcyjne mogą być wykonane ze stali galwanizowanej jak i ze stali nierdzewnej (np. gniazda i poprzeczki wspierające złoże). Dystrybucja wody, dysze natryskowe, złoże z reguły wykonane są z PVC. Aczkolwiek w przypadku dystrybucji wody i dysz spotyka się także rozwiązania oparte o stal nierdzewną.
Materiał użyty do konstrukcji wieży ma wpływ na aspekt ekonomiczny, co w powiązaniu z elementem kosztowo-eksploatacyjnym determinuje wybór systemu chłodzenia. Koszt wykonania wieży ze stali nierdzewnej jest zdecydowanie większy niż z poliestru czy też stali galwanizowanej. W niektórych sytuacjach inwestor jest niejako skazany na zaakceptowanie wyższych kosztów wieży w wykonaniu ze stali nierdzewnej ze względu na wymogi procesu technologicznego (np. jakość wody, temperatury powyżej wartości tzw. przyśpieszonej korozji elektrochemicznej itp.) albo ze względu na wymóg przepisów szczegółowych (np. zetknięcie się z żywnością).
Nie bez znaczenia jest także element architektoniczny, określający miejsce instalacji i związane z tym wkomponowanie w istniejącą strukturę budynku. Wybór materiału konstrukcyjnego jest więc kluczowym elementem dodatkowym do walorów technicznych i ma czasami decydujące znaczenie kosztowe.
Hałas (...)
Ograniczenie hałasu (...)
Otwarte i zamknięte wieże chłodnicze
Kolejnym elementem wyróżniającym wieże chłodnicze, mającym równocześnie wpływ na ich zastosowanie i użytkowanie oraz związane z tym warunki szczególne, jest podział wież na typu otwartego i zamkniętego. Za wieże otwarte uważa się, zgodnie z definicją CTI (Cooling Technology Institute) organu odpowiedzialnego za certyfikację wież chłodniczych, urządzenia z otwartym procesem wymiany ciepła pomiędzy wodą a powietrzem zachodzącym w zamkniętej obudowie zawierającej element dystrybucji wody, złoże odpowiedzialne za zwiększenie powierzchni wymiany ciepła i wannę ociekową (rys. 3).
 |
| Rys. 4. Otwarta wieża hybrydowa aktywna |
 |
| Rys. 5. Otwarta wieża hybrydowa – system pasywny |
Wieża typu zamkniętego to konstrukcja, w której woda odparowująca w wieży wymienia ciepło pośrednio przez wymiennik ciepła typu rurowego (najczęściej umieszczany w strumieniu wody) lub płytowego umieszczanego najczęściej obok wieży. Określenie wieży zamkniętej, związanej z używaniem wymiennika płytowego umieszczonego obok wieży (nie dalej jak 10 m!), zostało zdefiniowane przez jednego z producentów wież chłodniczych, który rozdzielając wymiennik od strumienia wody obniżył zależność sprawności wymiany od jakości wody w wieży chłodniczej, a równocześnie rozszerzył zakres zastosowania systemów pracujących na medium woda/woda, zachowując przy tym gwarancję niezamrożenia elementów wieży.
Myląco używana w tym przypadku definicja dla wieży otwartej przy takim zastosowaniu wymiennika płytowego, jako wieży typu zamkniętego, nie pozwala w rzeczywistości w okresach przejściowych i w zimie na pracę bez wody w funkcji suchej chłodnicy. W tym przypadku, aby takie rozwiązanie stało się „pełnowartościowe” i porównywalne technicznie z wieżą z wymiennikiem umieszczanym w strumieniu opadającej wody, wymagane jest zastosowanie wieży z wymiennikiem hybrydowym, umieszczanym na wylocie powietrza z urządzenia.
Wieże hybrydowe (...)
Wyposażenie dodatkowe (...)
***
W drugiej części artykułu chciałbym poruszyć sprawy związane z praktycznym zastosowaniem wież w warunkach obliczeniowych naszego kraju jak również wspomnieć o pracy wież w zimie. |
