[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Analiza ekonomiczna chłodzenia bezpośredniego i wyparnego

Opublikowano: 01.02.2016

image

Dla celów klimatyzacyjnych obecnie najpowszechniej stosowane są freonowe klimatyzatory sprężarkowe. Swoją popularność zawdzięczają stosunkowo szybkiemu montażowi. Stosowanie tych urządzeń wiąże się jednak z dwoma podstawowymi mankamentami. Są to duże zużycie energii elektrycznej oraz użycie szkodliwego dla środowiska czynnika chłodniczego.

Wykorzystanie przemiany adiabatycznej do obniżania temperatury powietrza nie jest zagadnieniem nowym. W technice klimatyzacji pośrednie chłodzenie wyparne zyskuje na znaczeniu jako alternatywne dla chłodzenia klasycznego, sprężarkowego z F-gazami. To właśnie chłodzenie wyparne było wykorzystywane w komorach zraszania w dawnych systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Od kilkudziesięciu lat trwają prace nad doskonaleniem systemów chłodzenia wykorzystujących tę przemianę  termodynamiczną. Wadą dotychczasowych systemów wyparnych było ograniczone ochłodzenie ciepłego powietrza zewnętrznego o maksymalnie ok. 12 K w zależności od warunków zewnętrznych. W systemach pośredniego chłodzenia adiabatycznego o specjalnie skonstruowanych wymiennikach ciepła, które zwane są potocznie ultracollerami możliwe jest ochłodzenie powietrza bezpośrednio do a nawet poniżej punktu rosy.

Nawilżanie wodą (chłodzenie adiabatyczne) Pod pojęciem chłodzenia adiabatycznego rozumie się nawilżanie powietrza w warunkach adiabatycznych (energia nie jest ani doprowadzana ani pobierana z powietrza). Niezbędne do odparowania ciepło pobrane jest z powietrza i dzięki temu się schładza. W procesie nawilżania wodą ciepło jawne przekazywane od powietrza do wody pokrywa jedynie zapotrzebowanie ciepła na odparowanie wody do powietrza. Entalpia powietrza praktycznie nie ulega zmianie (w praktyce inżynierskiej proces na wykresie „h-x” można prowadzić po h= const popełniając tylko nieznaczny błąd) dlatego proces ten nazywamy adiabatycznym. Rozważany jest przypadek nawilżania powietrza wilgotnego nienasyconego. Po procesie nawilżania powietrze może być nadal nienasycone lub nasycone ale nie przesycone parą wodną.

Przy nawilżaniu wodą przebieg zmian przybliżyć można izentalpą. Przebieg rozpatrywany jest zatem jako adiabatyczny (patrz rysunek 1).

 
Rysunek 1: Nawilżanie powietrza wodą, adiabatyczny proces ochładzania

 
Powietrze nie osiąga stanu całkowitego nasycenia ze względu na ograniczony czas kontaktu z wodą

Ponieważ podczas tego procesu zachodzi jedynie wymiana ciepła jawnego zatem możliwe jest również obliczenie wydajności cieplnej tego wymiennika ze wzoru:
gdzie:
mP – strumień masowy powietrza wilgotnego,
tP1 – temperatura powietrza na wlocie chłodnicy, [°C]
tP2 – temperatura powietrza na wylocie z chłodnicy, [°C]
 
Systemy chłodzenia wyparnego
Aby przeanalizować ekonomiczny aspekt stosowania systemów wyparnych warto zapoznać się wpierw z ich rodzajami. Odparowanie  wody  w  systemach  wykorzystujących  chłodzenie  adiabatyczne  może  odbywać się w  komorze  zraszania  lub  w  odpowiednio  do  tego  celu  przystosowanym  urządzeniu do  odzysku  ciepła. Istniejące systemy chłodzenia wyparnego można podzielić na trzy główne kategorie:

  • System bezpośredniego chłodzenia wyparnego (DEC)
  • System pośredniego chłodzenia wyparnego (IEC)
  • System kombinowanego pośredniego i bezpośredniego chłodzenia wyparnego .


Chłodzenie adiabatyczne przy dużych zyskach wewnętrznych powyżej 280 Wh/(m2·rok) nie jest w stanie samodzielnie zapewnić warunków komfortu. W takim przypadku wspomagać prace powinien agregat chłodniczy.
 
Systemy bezpośredniego chłodzenia
Systemy bezpośredniego chłodzenia wyparnego (adiabatycznego)  rozpylają wodę bezpośrednio do powietrza nawiewanego. Następuje zatem wymiana masy i zwiększanie wilgotności bezwzględnej w powietrzu nawiewanym.

 
Rysunek 2: Podział systemów bezpośredniego chłodzenia wyparnego

 
Poniższy rysunek ilustruje proces chłodzenia adiabatycznego w powietrzu nawiewanym .

   
1 A – 40,0 °C, 30%,  75,9 kJ/kg
2 A – 25,6 °C, 95%, 75,9 kJ/kg
1 B – 25,0 °C, 50%,  50,3 kJ/kg
2 B – 18,4 °C, 95%, 50,3 kJ/kg
Rysunek 3: Proces bezpośredniego chłodzenia adiabatycznego

 
Ważnym parametrem technicznym systemu chłodzenia adiabatycznego jest jej sprawność. Zależy ona głównie od czasu procesu adiabatycznego.

 
Rysunek 4: Sprawność bezpośredniego chłodzenia adiabatycznego


Sprawność bezpośredniego chłodzenia adiabatycznego zdefiniowana jest poniższym wzorem:
gdzie:

  • sprawność bezpośredniego chłodzenia adiabatycznego
  • temperatura termometru suchego powietrza wlotowego, °C
  • temperatura termometru mokrego powietrza wlotowego, °C
  • temperatura termometru suchego powietrza wylotowego, °C


Sprawność systemu bezpośredniego chłodzenia adiabatycznego aha się od 70% do 95% w zależności od prędkości przepływu powietrza i sprawności nawilżania.

Systemy bezpośredniego chłodzenia wyparnego mogą wykorzystywać komorę zraszania lub złoże higroskopijne. Chłodzenie bezpośrednie wyparne stosowane jest również w swoim najprostszym wykonaniu czyli bezpośrednim wprowadzaniu mgły wodnej do ochładzanej strefy. Pompa wysokociśnieniowa spręża wodę do ciśnienia wymaganego przed dyszą (np. 50 bar). W dyszach woda zmienia się w mgłę wodną i zostaje wystrzelona w otaczające ją powietrze. W wyniku tego procesu powstaje mgła o kroplach rzędu 5 µm, która zostaje natychmiast odparowana w powietrzu powodując  obniżenie jej temperatury. W procesie podwyższana jest oczywiście wilgotność powietrza, co w przypadku otwartych przestrzeni nie jest zagrożeniem.  Chłodnice wyparne z zraszanym złożem różnią się od siebie konstrukcją oraz wykorzystanym materiałem higroskopijnym.

       
Złoże miękkie Złoże sztywne Wirujący dysk Wirujący rotor
Rysunek 5: Rodzaje bezpośrednich chłodnic wyparnych


Alternatywnie chłodzenie adiabatyczne realizowane może być poprzez bezpośrednie wprowadzanie wody w postaci mgły do pomieszczenia. Ponieważ przesycenie powietrza parą wodną w szklarni nie jest problemem (nie jest analizowane zagadnienie komfortu termicznego). System chłodzenia mgłą jest efektywnym i równomiernym systemem chłodzenia szklarni, a jego potencjał chłodzenia w ciepłe dni dochodzi do 10 K. System dysz tworzy bardzo małe krople o wymiarach 10-20 µm, które są rozpylane w powietrzu i zanim opadną na podłogę zdążą wyparować. Projektowanie systemu mgłowego obejmuje dobór ilości i rodzaju dysz oraz ciśnienia w systemie wodnym. Mgła musi zostać tak wytworzona by nie dochodziło do niepełnego parowania kropel wody i w konsekwencji nawilżania powierzchni rośli czy wnętrza szklarni.
 
Pełna treść artykułu dostępna jest w numerze 12-2015 miesięcznika CHŁODNICTWO& KLIMATYZACJA:
http://e-czasopisma.net/13-chlodnictwo-klimatyzacja
 
Autor: Dr inż. Maciej Danielak

 
LITERATURA:
 

[1] Maciej Danielak: Alternatywne systemy chłodzenia i klimatyzacji – przewodnik. ISBN 978-83-64094-34-7, Grupa Medium 2014 
[2] www.kampmann.pl
[3] Don Cameron, NREL, 2005
[4] Bednarski J, Misiński J: Odzyskiwanie ciepła wspomagane chłodzeniem wyparnym. COW 3/90



KONTAKT wyślij zapytanie ofertowe

Chłodnictwo & Klimatyzacja

E-mail: chlodnictwo@chlodnictwoiklimatyzacja.pl

Tel: +48 22 53 53 229
Fax: +4822 53 53 043
Adres:
Rosoła 10A
02-786 Warszawa

Katalog firm

  • Refsystem

    Refsystem to silnie rozwijająca się firma, która działa w branży klima…
    Refsystem
  • Alfaco

    Firma Alfaco Polska Sp. z o.o. to widoący dystrybutor kompleksowych rozwiązań…
    Alfaco
  • ebm-papst

    ebm-papst Polska Sp. z o.o. posiadamy jedyny w swoim rodzaju asortyment produ…
    ebm-papst

Produkty