Chłodzenie adiabatyczne - na czym polega, jaką pełni funkcję?
Chłodzenie adiabatyczne wykorzystuje się w obiektach wielkokubaturowych, np. halach produkcyjnych . System chłodzenia adiabatycznego wspomaga, a często zastępuje system klimatyzacji, ponieważ jest rozwiązaniem ekonomiczniejszym, zarówno jeśli chodzi o eksploatację, jak i nakłady inwestycyjne. Jaka jest zasada działania chłodzenia adiabatycznego?
Spis treści
- Na czym polega chłodzenie adiabatyczne?
- Funkcja chłodzenia adiabatycznego
- Jak działa chłodzenie adiabatyczne?
- Chłodzenie adiabatyczne - ograniczenia stosowania
- Chłodzenia adiabatyczne skraplaczy urządzeń chłodniczych
Hale produkcyjne składają się zazwyczaj z budynku, w którym prowadzona jest produkcja, a także z pomieszczeń towarzyszących – socjalnych, biur, technicznych (kotłowni, maszynowni stacji transformatorowych itp.) czy magazynów. W każdej z części funkcjonalnych budynku należy stworzyć właściwy, optymalny dla danej grupy pomieszczeń mikroklimat.
Na czym polega chłodzenie adiabatyczne?
Do obniżenia temperatury powietrza nawiewanego może służyć proces nawilżania wodnego w komorach zraszania lub komorach z wypełnieniem zraszanym, gdzie w bezpośrednim kontakcie powietrza z wodą realizowana jest przemiana adiabatyczna. Rozwiązania działające na takiej zasadzie to systemy chłodzenia adiabatycznego, zwane też wyparnymi lub ewaporacyjnymi.
Funkcja chłodzenia adiabatycznego
Główną funkcją chłodzenia adiabatycznego jest często zapewnienie odpowiedniej wilgotności powietrza w hali (np. w okresie zimowym).
Dzięki jednocześnie zachodzącym przemianom cieplnym (ciepło jawne-utajone) następuje obniżenie temperatury powietrza nawiewanego, przepływającego przez nawilżacz. Chłodzenie adiabatyczne może wspomagać bardziej energochłonne systemy wykorzystujące agregaty sprężarkowe lub nawet całkowicie e zastąpić. Stosuje się je przede wszystkim w obiektach wielkokubaturowych, np. halach przemysłowych, w których nie jest wymagana precyzyjna regulacja temperatury i wilgotności. Systemy chłodzenia adiabatycznego stosowane są w różnych gałęziach przemysłu, począwszy od przetwórstwa drewna poprzez drukarnie, przemysł mechaniczny, gumowy, tworzyw sztucznych i metalowy, fermy drobiu aż po przemysł spożywczy.
Jak działa chłodzenie adiabatyczne?
W systemach chłodzenia adiabatycznego, w bezpośrednim kontakcie powietrza z wodą, następuje jednoczesne nawilżanie i obniżanie temperatury powietrza. Przemiana odbywa się bez zmiany energii całkowitej w strumieniu powietrza. Proces nawilżania polega na wprowadzeniu do strumienia powietrza nawiewanego rozpylonej w specjalnych dyszach mgły wodnej. Nadmiar wprowadzanej wody niezaabsorbowany przez strumień powietrza opada do zbiornika, z którego jest czerpany przez pompę obiegową i kierowany ponownie do dysz rozpylających. Ciśnienie wody zawiera się w zakresie 0,1–3,5 bara, a jego zmianę reguluje się liczbą obrotów pompy przed dyszami, co pozwala na sterowanie wydajnością urządzenia.
Stosowane w tych układach dysze mogą być jedno- lub dwuskładnikowe. Do tych pierwszych dopływa woda pod ciśnieniem wytworzonym przez pompę, w drugich następuje natomiast mieszanie pompowanej (z mniejszym ciśnieniem) wody z powietrzem, doprowadzanym z układu sprężonego powietrza. W tym przypadku oprócz energii do pracy pompy należy również przewidzieć energię na zasilanie sprężarki.Kontakt powietrza z wodą może być również realizowany na wypełnieniach zraszanych – przez złoże zraszane, np. w postaci ceramicznej struktury lub z materiału o właściwościach higroskopijnych, przepływa poziomo powietrz nawiewane. Pompa obiegowa przetłacza wodę i wprowadza ją za pomocą zraszaczy od góry na złoże (jego budowa zapewnia bardzo dużą powierzchnię kontaktu). W czasie kontaktu z przepływającym powietrzem następuje odparowanie cienkiej warstwy wody zwilżającej wypełnienie.
Urządzenia z wypełnieniem mają mniejsze wymiary w porównaniu z tymi wyposażonymi w dysze, ale jednocześnie są cięższe. Poza tym po stronie przepływającego powietrza powstają większe straty ciśnienia. Na rynku dostępne są też urządzenia o innych konstrukcjach złoża, często w postaci rooftopów.
Systemy chłodzenia adiabatycznego są tym wydajniejsze, im bardziej suche powietrze dopływa do miejsca, w którym realizowany jest kontakt powietrza z wodą. Zużycie energii w tych rozwiązaniach może stanowić 15–20% energii pochłanianej przez systemy sprężarkowe. Do odparowania kilograma wody zużywa się 2257 kJ energii pobieranej z powietrza w procesie obniżania temperatury.
Chłodzenie adiabatyczne - ograniczenia stosowania
W systemie adiabatycznego ochładzania nie można bezustannie obniżać temperatury ze względu na jednoczesne nawilżanie powietrza, granicą jest najczęściej różnica rzędu 10 K między temperaturą zewnętrzną a wewnętrzną. Skrajną wartością może okazać się również maksymalna dopuszczalna wilgotność powietrza w pomieszczeniu i w konsekwencji osiągnięcie parametrów na tzw. krzywej duszności. Graniczną temperaturę chłodzenia można także powiązać z parametrami powietrza na wlocie do urządzenia, mierzonymi termometrem mokrym.
Chłodzenie adiabatyczne ma kilka innych ograniczeń. Ze względu na bezpośredni kontakt powietrza z wodą znajdującą się w tacy ociekowej (zastój wody) istnieje niebezpieczeństwo potencjalnego skażenia drobnoustrojami powietrza nawiewanego i dalszy ich przepływ do pomieszczenia. Aby temu zapobiec, stosuje się zabezpieczenia w postaci układów przegrzewania zgromadzonej wody w tacy lub wprowadzania do wody jonów srebra, ale mimo wszystko w niektórych pomieszczeniach takie chłodzenie nie może być wykorzystywane.
Chłodzenia adiabatyczne skraplaczy urządzeń chłodniczych
Efektywna praca urządzeń chłodniczych zależy m.in. od temperatur skraplania i parowania czynnika chłodniczego. O ile temperatura parowania jest w zasadzie stała i zależy od procesu, do którego wykorzystuje się instalację, to temperatura skraplania dla skraplaczy powietrznych zależy od temperatury powietrza zewnętrznego. W przypadku wzrostu temperatury powietrza zewnętrznego w sezonie letnim pojawiają się problemy z prawidłowym odprowadzeniem ciepła, rośnie temperatura skraplania, a jednocześnie zmniejsza się efektywność energetyczna urządzenia. Może również nastąpić ograniczenie jego wydajności poniżej wymagań chłodniczych obiektu.
W celu zapewnienia chłodzenia i poprawy efektywności energetycznej urządzeń chłodniczych stosuje się m.in. adiabatyczne schłodzenie skraplaczy. System chłodzenia adiabatycznego użytkowany jest w okresach występowania wysokich temperatur powietrza zewnętrznego. Poprzez rozpylanie zimnej wody przed wlotem do wymiennika skraplacza obniża się temperaturę powietrza chłodzącego skraplacz, co zmniejsza obciążenie agregatu i umożliwia sprawną oraz wydajną pracę układu chłodniczego podczas upałów.
