Różnice pomiędzy chłodzeniem mokrym i suchym
Chłodzenie mokre realizowane jest w chłodniach wentylatorowych, natomiast suche w chłodnicach powietrznych. Zarówno dla chłodzenia mokrego, jak i suchego występują następujące zależności:
>> powietrze na wejściu posiada ustaloną zawartość energii = entalpii h [kJ/kg],
>> powietrze na wyjściu ma wyższą zawartość energii = entalpii h [kJ/kg],
>> energia jest:
- wzięta z procesu, który podlega chłodzeniu,
- przekazywana do powietrza,
- odprowadzana do środowiska.
Różnice pomiędzy mokrym i suchym chłodzeniem przedstawiono na wykresie Moliera na rysunku 1.
Rys. 1. Wykres Moliera przedstawiający różnice entalpii w procesie mokrego i suchego chłodzenia
Dla podanego na wykresie przykładu widzimy, że w procesie suchego chłodzenia, powietrze chłodzące zawiera tę samą ilość wilgoci na wejściu i wyjściu z chłodnicy. Różnica entalpii wynika tylko ze wzrostu temperatury chłodzącego powietrza (ciepło właściwe powietrza suchego [1 kJ/(1 kg˙K)]).
Chłodzenie w chłodniach wentylatorowych, czyli mokre chłodzenie, oparte jest przede wszystkim na cieple parowania (ciepło parowania wody ~2491 kJ/kg), natomiast różnica entalpii wynikająca ze wzrostu temperatury powietrza suchego podczas procesu chłodzenia (ciepło właściwe powietrza suchego [1 kJ/(1 kg˙K)]) jest czynnikiem uzupełniającym.
Jak to działa?
W tabeli przedstawione zostały występujące różnice pomiędzy entalpiami (h – entalpia) na wejściu i wyjściu dla mokrego i suchego chodzenia. Jak z tego wynika, do odprowadzenia ciepła w chłodniach wentylatorowych (mokre chłodzenie), potrzeba mniejszej ilości powietrza, a to oznacza mniejsze zużycie energii elektrycznej
oraz cichszą pracę urządzenia.
Dobór chłodni wentylatorowej
Dobór chłodni wentylatorowej, zdeterminowany jest parametrami technologicznymi niezbędnymi do prawidłowej pracy instalacji. Moc chłodzenia chłodni wentylatorowej opisana jest wzorem:
Q = V x (Tw1 – Tw2) x 4,187 x 1000 [kW],
gdzie:
Tw1, Tw2 – temperatura wejścia i wyjścia z chłodni [K],
4,187 [1 kJ/(1 kg˙K)] – ciepło właściwe wody,
1000 [kg/m3] – gęstość wody,
V – przepływ objętościowy wody [m3/s].
Moc chłodzenia chłodni wentylatorowej równa się obciążeniu chłodniczemu. Obciążenie chłodnicze jest to energia, która przekazywana jest w procesie chłodzenia, przez chłodzone urządzenia do cyrkulującej wody chłodzącej. Sprawność η chłodni wentylatorowej opisuje się następującą formułą:
η = (Tw1 – Tw2)/ (Tw1 – Tnb),
gdzie Tnb jest temperaturą termometru wilgotnego.
Teoretycznie najniższa możliwa temperatura wody ochłodzonej Tw2 w wyparnej wieży chłodzącej, jest równa temperaturze termometru wilgotnego Tnb. Dla takiego przypadku, sprawność wieży chłodzącej wynosi 100%. Aby mógł zajść ten przypadek, wielkość chłodni powinna być nieskończenie duża. Dlatego też, możemy powiedzieć, że temperatura wody ochłodzonej nie będzie nigdy niższa lub równa temperaturze termometru wilgotnego na wlocie powietrza do chłodni.
Tabela. Przykład: różnice pomiędzy entalpiami (h – entalpia)
Dla chłodni wentylatorowych, często stosuje się pojęcie „obciążenia wodnego” R. Jest to ilość cyrkulującej wody chłodniowej (chłodzącej) przypadającej na powierzchnię mokrej chłodni (m3/m2/h).
Wpływ różnicy temperatur pomiędzy temperaturą wody ochłodzonej, a temperaturą termometru wilgotnego (Tw2 – Tnb) na wielkość chłodni
Pod pojęciem powierzchni chłodzenia w chłodni wentylatorowej, rozumiemy poziomą, mokrą powierzchnię chłodni wentylatorowej. Im mniejsza jest różnica pomiędzy wodą ochłodzoną a temperaturą termometru wilgotnego, tym większa jest chłodnia (powierzchnia chłodni). Tą zależność przedstawia wykres na rysunku 2.
Rys. 2. Zależność powierzchni chłodni od różnicy temperatur pomiędzy temperaturą termometru wilgotnego
Dla tego wykresu przyjęto stałe: obciążenie wodne (m3/m2/h), różnicę temperatur wody na wejściu i wyjściu z chłodni (Tw1 – Tw2), prędkość powietrza oraz temperaturę termometru wilgotnego.
Przykład:
(Tw2 – Tnb)
[oC]: 8 4
[%]: (100) (50)
Powierzchnia chłodni:
[m2]: 5 10
[%]: (100) (200)
Jak możemy stwierdzić na podstawie powyższego przykładu, gdy (Tw2 – Tnb) zmniejszy się o połowę, to powierzchnia chłodni musi zwiększyć się dwukrotnie.
Chłodnie wentylatorowe GEA Polacel
GEA Polacel jest od ponad 40 lat producentem odpornych na korozję chłodni wentylatorowych i ma w swojej ofercie chłodnie o powierzchni pojedynczej celi od 1 do 300 m2.
Konstrukcja chłodni wykonana jest ze stali nierdzewnej lub z tworzywa sztucznego, natomiast obudowa z tworzywa sztucznego wzmacnianego włóknem szklanym.
Wszystkie elementy łączne chłodni są także wykonane ze stali nierdzewnej.
Chłodnie produkowane są z trzema rodzajami napędu (rys. 3). Rodzaj zastosowanego napędu zależny jest od wielkości chłodni.
Rys. 3. Rodzaje napędów wykorzystywane przez GEA Polacel w chłodniach wentylatorowych
Najmniejsze chłodnie typu CMC (do 16 m2) wykorzystują napęd bezpośredni, chłodnie CMDR (do 120 m2) posiadają napęd pośredni z motoreduktorem, zaś w chłodniach CMDI zastosowano napęd pośredni z przekładnią, wałem i silnikiem.
Rys. 4. Chłodnia CMC 16
Rys. 5. Chłodnie CMDR 300
Rys. 6. Chłodnie CMDI 2200
Wyżej wymienione chłodnie oferowane są z wentylatorami osiowymi o przepływie przeciwprądowym i krzyżowym. Zasada działania obu chłodni przedstawiona jest na schemacie na rysunku 7.
Rys. 7. Schemat działania chłodni o przepływie przeciwprądowym i krzyżowym
W chłodniach o przepływie przeciwprądowym, system zraszania stanowią dysze, zaś w chłodniach o przepływie krzyżowym, system zraszania jest co do zasady bezciśnieniowy. W celu poprawnej pracy chłodnie o przepływie przeciwprądowym wymagają zamontowania eliminatora unosu, ze względu na unoszoną wodę wraz z zasysanym powietrzem. Dla chłodni o przepływie krzyżowym, stosowanie eliminatora unosu, nie jest zawsze konieczne. Dla obu typu chłodni mają zastosowanie wentylatory ssące. Chłodnie wentylatorowe o przepływie krzyżowym stosuje się przede wszystkim ze względu na niższy poziom mocy akustycznej oraz mniejszą wysokość.
W zależności od jakości wody cyrkulującej w chłodni, GEA Polacel stosuje cztery rodzaje wypełnień w postaci:
- tzw. filmu 12 mm dla wody najczystszej (głównie dla instalacji klimatyzacji),
- tzw fimu 19 mm (woda przemysłowa),
- krat NF20 o szerokości kanału 20 mm (woda np. z zawartością oleju),
- krat P40 o wielkości oczek 40 mm (m.in. dla ścieków papierniczych), które można czyścić mechanicznie.
W ostatnim czasie, bardzo dużą uwagę zwraca się na ograniczenie emisji hałasu. Stąd też firma rozwija różne rozwiązania w celu zminimalizowania mocy akustycznej ze źródła dźwięku jaki stanowi chłodnia. Źródłem hałasu w chłodniach wentylatorowych jest spadająca woda, wentylator oraz silnik wraz z przekładnią.
W celu redukcji hałasu na wlocie powietrza (od spadającej wody), GEA Polacel proponuje zastosowanie m.in. pływających mat. Głównym źródłem hałasu na wylocie powietrza, jest wentylator. Dla tego przypadku, Polacel może zaproponować m.in. super ciche wentylatory oraz dyfuzory z okładziną akustyczną.
Chłodnie Polacel mają budowę modułową. Najmniejsze chłodnie dostarczane są na plac budowy w całości. Duże chłodnie dostarczane są w częściach, które składa się bardzo łatwo na miejscu. Firma może tutaj zaproponować nadzór nad montażem lub też kompleksowy montaż.
W chłodzeniu mokrym w chłodniach wentylatorowych otwartych, nie należy obawiać się niebezpieczeństwa wynikającego z niskich temperatur. Ciepło procesowe, jest wystarczającym czynnikiem do prawidłowej pracy chłodni w okresie zimowym. Także w czasie postoju, chłodnie są odporne na działanie niskich temperatur. Kompaktowa, modułowa budowa chłodni Polacel, lekkość konstrukcji oraz energooszczędność, sprawiają że nakłady inwestycyjne oraz eksploatacyjne są zdecydowanie niższe niż przy chłodzeniu suchym.
Podsumowując, chłodnie wentylatorowe są najlepszym rozwiązaniem dla ludzi i środowiska.
Autor: mgr inż. Anna Muszyńska - GEA Polacel Cooling Towers B.V.
Artykuł opublikowano w nr 3/2009 "Chłodnictwo&Klimatyzacja".
Kopia za zgodą Redakcji CH&K.
Komentarze (0)