Dlaczego stosuje się chłodnie wentylatorowe, czyli chłodzenie mokre?

CHŁODNICTWO – URZĄDZENIA
Dlaczego stosuje się chłodnie wentylatorowe,
czyli chłodzenie mokre?
Anna Muszyńska* )
Chłodnie wentylatorowe są najbardziej wydajnymi, posiadającymi największą
sprawność urządzeniami do chłodzenia wody obiegowej dla instalacji technologicznych
i przemysłowych oraz klimatyzacyjnych. W porównaniu do innych
systemów stanowią one energooszczędne i niezawodne, a przy tym ekologiczne
źródło chłodu.
entalpii wynikająca ze wzrostu temperatury
powietrza suchego podczas procesu chłodzenia
(ciepło właściwe powietrza suchego
1 kJ / 1 kg x K) jest czynnikiem uzupełniającym.
Jak to działa?
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,
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.
Tabela. Przykład: różnice pomiędzy entalpiami (h – entalpia)
Wejście
Wyjście
suche
chłodzenie
Wyjście
mokre
chłodzenie
h suche powietrze kJ/kg 20 40 32
h energia parowania wody kJ/kg 27,5 27,5 76,5
h pary wodnej kJ/kg 0,41 0,82 1,83
h suma kJ/kg 47,9 68,3 110,3
Rys. 1. Wykres Moliera przedstawiający różnice entalpii w procesie
mokrego i suchego chłodzenia
AUTOR
* ) mgr inż. Anna Muszyńska
– GEA Polacel
Cooling Towers B.V.
– odprowadzana do
środowiska.
Różnice pomiędzy
mokrym i suchym chłodzeniem
przedstawiono
na wykresie Moliera na
rysunku 1.
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 x K).
Chłodzenie w chłodniach
wentylatorowych,
czyli mokre chłodzenie, oparte jest przede
wszystkim na cieple parowania (ciepło parowania
wody ~2491 kJ/kg), natomiast różnica
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 (T w1
– T w2
) x 4,187 x 1000 [kW],
gdzie:
T w1
, T w2
– temperatura wejścia i wyjścia
z chłodni,
4,187 kJ/kg ˙ K – ciepło właściwe wody,
1000 kg/m 3 – gęstość wody,
V – przepływ objętościowy wody [m 3 /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 = (T w1
– T w2
)/ (T w1
– T nb
),
www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl
3/2009

CHŁODNICTWO – URZĄDZENIA
powietrza oraz temperaturę termometru
wilgotnego.
Przykład:
(T w2
– T nb
)
[ o C]: 8 4
[%]: (100) (50)
Powierzchnia chłodni:
[m 2 ]: 5 10
[%]: (100) (200)
Jak możemy stwierdzić na
podstawie powyższego przykładu,
gdy (T w2
– T nb
) zmniejszy
się o połowę, to powierzchnia
chłodni musi zwiększyć się
dwukrotnie.
Chłodnie wentylatorowe
GEA Polacel
Rys. 2. Zależność powierzchni chłodni od różnicy temperatur
pomiędzy temperaturą termometru wilgotnego
gdzie T nb
jest temperaturą termometru wilgotnego.
Teoretycznie najniższa możliwa temperatura
wody ochłodzonej T w2
w wyparnej wieży chłodzącej,
jest równa temperaturze termometru
wilgotnego T nb
. 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.
Dla chłodni wentylatorowych, często stosuje
się pojęcie „obciążenia wodnego” R. Jest to
ilość cyrkulującej wody chłodniowej (chłodzącej)
przypadającej na powierzchnię mokrej chłodni
(m 3 /m 2 /h).
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 m 2 .
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.
Najmniejsze chłodnie typu CMC (do 16 m 2 )
wykorzystują napęd bezpośredni, chłodnie
•
•
•
•
•
•
•
•
Wpływ różnicy temperatur pomiędzy
temperaturą wody ochłodzonej,
a temperaturą termometru wilgotnego
(T w2
– T nb
) 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.
Dla tego wykresu przyjęto stałe: obciążenie
wodne (m 3 /m 2 /h), różnicę temperatur wody na
wejściu i wyjściu z chłodni (T w1
– T w2
), prędkość
Rys. 3. Rodzaje napędów wykorzystywane przez
GEA Polacel w chłodniach wentylatorowych
reklama
3/2009 www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl

CHŁODNICTWO – URZĄDZENIA
Rys. 4. Chłodnia CMC 16 Rys. 5. Chłodnie CMDR 300
Rys. 6. Chłodnie CMDI 2200
Rys. 7. Schemat działania chłodni o przepływie przeciwprądowym i
krzyżowym
CMDR (do 120 m 2 ) posiadają napęd pośredni
z motoreduktorem, zaś w chłodniach CMDI zastosowano
napęd pośredni z przekładnią, wałem
i silnikiem.
Wyżej wymienione chłodnie oferowane są
z wentylatorami osiowymi o przepływie przeciwprądowym
i krzyżowym. Zasada działania
obu chłodni przedstawiona jest na schemacie
na rysunku 7.
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.
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.
•
www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl
3/2009