Klimat naszego kraju określany jako umiarkowany pozostający pod wpływem klimatu umiarkowanego oceanicznego na zachodzie i umiarkowanego kontynentalnego na wschodzie odznacza się w ostatnich latach bardzo wysokimi temperaturami w okresie lata oraz krótkimi, aczkolwiek bardzo zimnymi okresami zimy. Ma to wpływ na stosowane systemy klimatyzacyjne i stwarza potrzebę szukania technologii, w których wieże chłodnicze powinny odgrywać ważną rolę.

Zaletami zastosowania wież chłodniczych jest obniżenie kosztów energetycznych związanych z bezpośrednim zużyciem energii przez wentylatory i pośrednio przez pompy obiegowe. W konsekwencji pozwala to na wydłużenie żywotności urządzeń chłodniczych, które wykorzystując medium przygotowane w procesie chłodzenia w wieży pracują na dużo korzystniejszych parametrach, obniżając tym samym zużycie techniczne do optymalnego minimum. W sprężarkach chłodniczych obniżenie temperatury skraplania obniża równocześnie różnicę ciśnienia po stronie tłocznej/ssącej, a tym samym obniża ilość dostarczanej energii koniecznej do przetłoczenia danego czynnika chłodniczego. W odbiornikach pracujących z wykorzystaniem schłodzonego medium przygotowanego przez wieże chłodnicze jest to często podstawowy warunek prawidłowego funkcjonowania urządzenia w żądan y c h z a k r e s a c h . Szczególne znaczenie ma to w systemach niskotemperaturowych, przy żądanych niskich temperaturach odparowania freonu, gdzie zastosowanie wież chłodniczych jako skraplaczy wyparnych znacznie podwyższa sprawność energetyczną. Systemy oparte o takie rozwiązanie stosowane są w naszym kraju zarówno w systemach chłodniczych jak i w systemach klimatyzacyjnych. Wykorzystanie systemów suchych chłodnic lub skraplaczy powietrznych nie pozwala na osiągnięcie tak niskich parametrów chłodzenia jak przy zastosowaniu wieży chłodniczej, umożliwiającej uzyskanie temperatury medium tylko o 2-3 K wyższej od temperatury wilgotnego termometru. Widać to doskonale po stronie zużycia energii bezpośrednio przez sprężarkę wykazaną na kartach doborowych agregatów sprężarkowych, gdzie obniżenie temperatury skraplania poprzez zastosowanie wieży chłodniczej zmniejsza o około 18-20% zużycie energii. Zastosowanie wieży chłodniczej ma również wpływ na zwiększenie wydajności chłodniczej urządzeń o około 10%, a tym samym pozwala na zastosowanie mniejszej jednostki chłodzącej, obniżając tym samym koszt inwestycyjny.

Dobierając wieżę chłodniczą należy uwzględnić rzeczywiste zyski energetyczne i szukać rozwiązania opartego o przewy- miarowane moce wieży chłodniczej, gdyż to gwarantuje uzyskiwanie temperatury założonej projektowo. Niespełnienie warunku uzyskania założonej temperatury wyjściowej z wieży zakłóca pracę urządzenia i zwiększa zużycie energii niewspółmiernie do kosztu zakupu wieży chłodniczej. Przykładowa karta doboru wieży chłodniczej znajduje się na rys. 1.

Rys. 1. Przykładowa karta doboru wieży chłodniczej

Niejednokrotnie na łamach Ch&K pojawiały się opisy krok po kroku doboru wież chłodniczych. Proces ich selekcji sprowadza się właściwie do określenia parametrów brzegowych związanych z warunkami użytkowania wieży chłodniczej, a w szczególności na określeniu:

• aplikacji zastosowania, w tym przeznaczenia (klimatyzacja, przemysł) i lokalizacji (wyniesienie ponad teren lub na poziomie gruntu, wewnątrz budynku do okanałowania itp.);
• medium i jego temperatury wejściowej/ wyjściowej (różnica pomiędzy nimi określana jest z ang. jako range): woda, roztwór glikolu etylenowego, propylenowego, woda morska itp.;
• warunków pracy określanych jako wartość temperatury wilgotnego termometru (z ang. wet bulb – skr. WB) i związany z tym termin różnicy temperatury pomiędzy medium na wyjściu z wieży a temperaturą wilgotnego termometru WB (tzw. approach);
• wydajności chłodniczej określanej jako przepływu medium przez wieżę lub też wartość wydajności w kW (lub oczywiście w innych jednostkach);
• poziomu hałasu w określonej odległości i kierunku, wyrażany raczej jako ciśnienie akustyczne aniżeli moc;
• budżetu determinującego materiał z jakiego ma zostać wykonana wieża chłodnicza;
• perspektywy rozbudowy systemu /instalacji.

Mając powyższe parametry wyjściowe jesteśmy w stanie dokonać doboru wieży chłodniczej pod warunkiem, iż projektant na etapie doboru koncepcji prawidłowo określi miejsce i warunki wykorzystania systemu chłodzenia opartego o wieże chłodniczą jako determinujące wybór modelu urządzenia. Wbrew pozorom, trywialne określenie roli projektanta jako twórcy bazowej koncepcji na etapie wstępnym ma bardzo duże znaczenie dla inwestora, a tym bardziej później dla eksploatującego instalację. Projektant pełni decydującą rolę w wyborze systemu chłodzenia, a jak często praktyka pokazuje próby oszczędności inwestycyjnych zmieniających koncepcję powodują bardzo często jedynie pozorne oszczędności i generują dodatkowe koszty niweczące założenie projektowe. Dobór urządzeń z reguły jest konsekwencją dokonanych obliczeń przez projektanta i wyselekcjonowania rozwiązania technologicznego spełniającego potrzeby instalacji.

Rys. 2. Zrzut programu doborowego – parametry do wpisania

Mówimy tutaj oczywiście o wyborze koncepcji, a nie producenta! W praktyce dobór wieży chłodniczej dostarczany jest przez przedstawiciela producenta wieży, aczkolwiek niektóre firmy udostępniają on-line programy doboru, które po zarejestrowaniu użytkownika stanowią pomocne narzędzie dla projektanta.

Przykładowy dostęp dla programu doboru wież chłodniczych znajduje się na stronie: http://qtcapps.ct.spx.com/update/Login. aspx. Po zarejestrowaniu się możemy uzyskać login dostępowy lub też korzystać z programu jako visitor / gość bez konieczności dokonywania rejestracji.

Na razie większość programów funkcjonuje w języku angielskim, ale być może doczekamy się w niedługim czasie awansu naszego języka do rangi inżyniersko akceptowalnych jak to ma już miejsce w przypadku np. agregatów wody lodowej. (…)

Aktualnie oszczędności w zużyciu wody ukierunkowane są na ograniczenie rozpraszania kropel wody poza wieżę m.in. poprzez zastosowanie elementów równo umieszczanych w wannie jak i w strumieniu wody. Mówimy tutaj o odkraplaczu (drift eliminator) umieszczonym konstrukcyjnie jako ostatni element (oprócz wentylatora) nad złożem oraz żaluzjach w ścianie wanny. Żaluzje oprócz zapobiegania rozbryzgom opadającej wody i wpływom poziomych ruchów powietrza są elementem ograniczającym dostęp światła słonecznego do wnętrza wieży, odpowiedzialnego za wspomaganie powstawania legionelli. Idealnym rozwiązaniem jest zastosowanie wież chłodniczych hybrydowych, ale koszty zakupu takich rozwiązań nadal są niewspółmierne do oszczędności uzyskanych i decyzja o zakupie takiego rozwiązania podyktowana jest względami ekonomicznymi i z uwagi na znaczny ciężar także ich umiejscowieniem.

Umiejscowienie w substancji budynku, zwłaszcza przy instalacjach klimatyzacyjnych np. w centrach handlowych i budynkach biurowych, jest kolejnym aspektem ograniczającym popularność stosowania wieź chłodniczych w Polsce, aczkolwiek wynika to raczej z zaniechan i a s t o s o w a n i a odpowiednich rozwiązań aniżeli z ich wstępnej eliminacji z powodów technicznych.

Wieża chłodnicza z oczywistych względów ma większy ciężar, ale gabarytowo jest pozornie większa od systemów suchych chłodnic, gdyż licząc powierzchnię zajmowaną przez suche chłodnice o mocy ok. 2,5 MW i moc elektryczną zainstalowaną otrzymamy dane wskazujące na zaletę zastosowania wieży chłodniczej. Biorąc pod uwagę dzisiejsze konstrukcje kompaktowe wież chłodniczych stanowią one coraz mniejszy problem dla projektantów i instalatorów przy rozważaniu wymogów instalacyjnych.

Rys. 6. Analiza zużycia wody

W większości obiektów oczekujących na zastosowanie wież chłodniczych istnieją możliwości zastosowania konstrukcji wież chłodniczych wkomponowanych architektonicznie w przestrzeń i z praktyki powinno to następować na etapie koncepcji zabudowy przestrzennej, a więc w czasie podejmowania decyzji przez architektów. Tu należy stwierdzić, iż niestety projektant instalacji chłodniczej bardzo często wnosi swój wkład na etapie końcowym opracowania koncepcji, co skutkuje koniecznością stosowania innych rozwiązań, niekoniecznie optymalnych i z wykluczeniem wież chłodniczych, niestety. Wystarczy popatrzeć na projekty, gdzie szuka się oszczędności energetycznych z miernymi efektami bo zastosowane rozwiązania wykluczają stosowanie wież chłodniczych.

Rys. 7. Widok wanny i kierownic w wieży chłodniczej SPX Marley

Dobierając wieże chłodnicze nie należy zapomnieć o certyfikacji przez organizacje niezależne, które dzięki swoim programom skutecznie odstraszają producentów od teoretycznych symulacji pracy urządzeń jakie w rzeczywistości nigdy nie zaistnieją. Dobór wieży chłodniczej w warunkach zastosowania wysoce teoretycznych kryteriów obniża koszt inwestycyjny, ale w efekcie może zawyżyć koszty eksploatacyjne niewspółmiernie do oczekiwanych oszczędności na etapie zakupu urządzeń. Reasumując należy podkreślić, iż w naszym kraju oprócz powszechnie przyjętych rozwiązań opartych o wieże chłodnicze w instalacjach przemysłowych powinno się dążyć do zmiany koncepcji projektowania w instalacjach klimatyzacyjnych w kierunku wymiernych korzyści wynikających z zastosowania wież chłodniczych. Rola projektanta w takim przypadku jest znacząca i wynika bardziej z konieczności rozważenia wielu aspektów możliwych oszczędności, niż z komplikacji systemów opartych o wieże chłodnicze.

W kolejnym artykule mam nadzieję przybliżyć praktyczny aspekt eksploatacji wież chłodniczych i obalić istniejące mity co do serwisowania i awaryjności.