Nadchodzą upały i w wielu halach produkcyjnych wysokie temperatury będą doskwierały pracownikom. Zatem sprawne systemy wentylacji i klimatyzacji stają się bardzo pożądane. Niestety, są to bardzo energochłonne instalacje, które znacznie podnoszą koszty utrzymania budynku.

Wysokie ceny energii oraz rosnące wymagania dotyczące ekologicznych i energooszczędnych technologii, wymuszają wprowadzanie zmian. Systemy wentylacji z chłodzeniem adiabatycznym CoolStream to ekologiczne i efektywne energetycznie rozwiązanie dla nowych hal oraz sposób na usprawnienie istniejących central wentylacyjnych.

Co to jest chłodzenie adiabatyczne?

Chłodzenie adiabatyczne (zwane także wyparnym) to najprostsza i najtańsza forma chłodzenia, znana i stosowana w krajach śródziemnomorskich od starożytności. Jest to przemiana, w której ciepło jawne odczuwane jako wysoka temperatura powietrza zamieniane jest w ciepło utajone w procesie parowania wody. Nie potrzeba żadnych energochłonnych urządzeń, takich jak sprężarki, ani żadnych niebezpiecznych dla środowiska substancji i czynników chłodniczych. Wystarczą zwykła woda i wentylator. To ważne w dobie ocieplającego się klimatu. A jak proces przemiany adiabatycznej ubraliśmy w technologię?

Firma Colt International stworzyła system CoolStream, który obejmuje szeroką gamę jednostek wentylacyjnych z funkcją chłodzenia adiabatycznego. Systemy oparte są na technologii złoża desorpcyjnego, którego grubość oraz odpowiednia budowa zapewnia chłodzenie na poziomie 90% temperatury termometru mokrego. Ponadto zaawansowana automatyka pozwala uczynić z naszych jednostek samodzielne centra dostawy świeżego, chłodnego powietrza. Jednostki CoolStream mogą przetłaczać nawet 30 000 m³/h powietrza, co pozwala zaspokoić większość potrzeb użytkowników przemysłowych. System jest bardziej wydajny, im cieplejsze i bardziej suche jest powietrze zewnętrzne.

Rys. 1. Złoże desorpcyjne w jednostkach CoolStream ma 12 cm grubości i jest nawilżane wodą wodociągową

Systemy CoolStream można podzielić na dwie grupy:

• Systemy samodzielne – przeznaczone do poprawy warunków pracy w obiektach, gdzie zyski ciepła są zbyt duże, żeby odprowadzić je za pomocą tradycyjnych metod.
• Systemy wspomagające dla central wentylacyjnych.

Systemy CoolStream jako chłodzenie wspomagające dla central wentylacyjnych

Jednostki CoolStream mogą wspomagać centrale bez chłodnicy i centrale z chłodnicą. W pierwszym przypadku urządzenia CoolStream służą za czerpanie powietrza. Gdy warunki zewnętrzne pozwalają, system automatycznie nawilża złoża desorpcyjne, a wentylatory centrali wentylacyjnej tłoczą schłodzone powietrze do wnętrza hali. Powietrze zewnętrzne po wymieszaniu się z powietrzem w hali osiąga wilgotność względną na poziomie ok. 50%, a jego temperaturę można obniżyć o kilka stopni Celsjusza.

Gdy centrala jest wyposażona w chłodnice zasilaną z agregatu wody lodowej, system chłodzenia adiabatycznego będzie pełnił funkcję wstępnego chłodzenia dla chłodnicy w centrali wentylacyjnej.

Mechanizm tego procesu jest w gruncie rzeczy dość prosty. Pracą chłodnicy steruje zawór trójdrożny, który na podstawie danych zza chłodnicy steruje ilością wody lodowej wpuszczanej do chłodnicy.  W przypadku, gdy przed chłodnicą spada temperatura powietrza, potrzeba mniej chłodu, żeby osiągnąć temperaturę zadaną za chłodnicą. W związku z tym więcej wody lodowej wraca do agregatu, nie oddając swojego chłodu. Czujnik na powrocie odnotowuje mniejszy wzrost temperatury, w konsekwencji czego następuje rzadsze włączanie się sprężarek agregatu wody lodowej.

Systemy z funkcją chłodzenia adiabatycznego dostarczają powietrze o dużej wilgotności, która po wymieszaniu z powietrzem wewnętrznym może wynosić ok. 60–70%. Tam, gdzie wysoka wilgotność nie wpływa na procesy technologiczne lub gdzie jest pożądana, nie stanowi problemu. Wszędzie tam, gdzie wymagana jest niższa wilgotność powietrza, układ można wyposażyć w wymiennik ciepła (w tym przypadku chłodu). Istniejące na rynku przeciwprądowe wymienniki ciepła pozwalają prowadzić powyższy proces z 80–90-proc. sprawnością bez podnoszenia wilgotności powietrza nawiewanego.

Ile chłodu można oszczędzić, stosując adiabatyczne chłodzenie wstępne?

Jeśli temperatura powietrza na zewnątrz wynosi 25^oC, a jego wilgotność RH=45%, co odpowiada przeciętnym warunkom każdego lata w Polsce, jednostka CoolStream® wyprodukuje 72 kW chłodu. Jeżeli w centrali wentylacyjnej o przepływie 30 000 m³/h z chłodnicą o mocy 123 kW, temperatura za chłodnicą będzie taka, że będzie ona pracować z pełną mocą, to potrzebne będzie tylko 51 kW chłodu, żeby osiągnąć zakładaną temperaturę za chłodnicą.

Jeśli natomiast temperatura powietrza zewnętrznego wynosi 30^oC, a wilgotność RH= 30%, a w Polsce zdarza się to coraz częściej, system CoolStream będzie w stanie wyprodukować 110 kW chłodu. Agregat będzie musiał wyprodukować tylko 13 kW chłodu.

Hybrydy central wentylacyjnych z systemami CoolStream mogą dawać duże oszczędności. Koszty użytkowania systemu CoolStream jako chłodzenie wstępne dla central wentylacyjnych sprowadzają się do kosztów wody wodociągowej. Zużycie wody dla wspomnianej wyżej jednostki średnio rocznie wynosi ok. 120 m³. W omawianym przypadku, przy założeniu, że koszt energii wynosi 1,3 zł/kWh, średnie roczne oszczędności można szacować na poziomie 60 000 zł.

Podsumowując, w 2022 r. nastąpił koniec pewnej epoki – epoki niskich cen energii. Chłodzenie adiabatyczne to ekologiczne, efektywne rozwiązanie pozwalające oszczędzić pieniądze i/lub poprawić warunki pracy w miejscach, gdzie wysoka temperatura jest szczególnie uciążliwa.

Autor: Łukasz Śmietanka

Business Development Manager Adiabatic Cooling in Colt International

artykuł ukazał się w czasopiśmie „Nowoczesny Przemysł” nr 3/2023