Nepřímé adiabatické chlazení vzduchu
Spolkový úřad BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) od svého založení v roce 1947 zásadním způsobem ovlivňuje financování strategických projektů. Úspory založené na altruismu mohou fungovat jen v krizovém období (které si ještě stále nepřipouštíme), nebo v případě ekonomické motivace.
V roce 2016 proto přichází BAFA s rozhodnutím podpořit snižování zátěže skleníkových účinků chladiv používaných v klimatizačních a chladicích zařízeních. Poprvé je zde výslovně zmíněno využití nepřímého odpařovacího chlazení v klimatizačních jednotkách.
Z fyzikálního hlediska je efekt ochlazení odpařováním vody jednoznačně definovaný. Pro změnu skupenství na vodní páru je v závislosti na teplotě vody potřeba 2200 – 2500 kJ/kg, tedy přibližně 700 Wh na jeden litr. Zvlhčovací výkon 100 l/h odebírá tak ze svého okolí úctyhodných 70 kW tepla.
Přímé nebo nepřímé adiabatické chlazení?
Při využití adiabatického efektu ochlazení aplikovaného přímo v prostoru nebo v proudu přiváděného vzduchu jsme omezeni horní hranicí vlhkosti pro oblast komfortní zóny (obvykle hranice 60% r. v., při teplotě 24°C. Systémy přímého zvlhčování a adiabatického chlazení fungují velmi dobře tam, kde je v prostoru intenzivní tepelná zátěž nebo z technologických důvodů požadavek na vysoké hodnoty vlhkosti, kterou není možné z důvodu rizika kondenzace přenést prouděním vzduchu v potrubí.
V současnosti nejčastěji používanými adiabatickými systémy přímého zvlhčování a chlazení jsou vysokotlaké tryskové nebo ultrazvukové systémy. Mechanické rozprašovače a dvousložkové trysky typu vzduch/voda jsou dnes již spíše okrajovou technologií.
Systémy nepřímého adiabatického chlazení nacházejí stále větší uplatnění při ochlazování odpadního vzduchu, za kterého je vhodným způsobem zpětně získáván chlad, vznikající při adiabatickém zvlhčování. Systém neovlivňuje vlhkost přiváděného vzduchu a nevnáší do systému hygienická rizika. Zatímco adiabatické zvlhčování přívodního vzduchu v posledních letech prodělalo vývoj z hlediska přesnosti regulace a eliminace hygienických rizik, pro chlazení zpětného vzduchu platí jednoduché pravidlo, které upřednostňuje účinnost a provozní spolehlivost. V jednoduchosti je efektivita.
Obr. 1 – Adiabatický chladič a zvlhčovač pro nepřímé chlazení Condair ME se vyrábí pro neomezené rozpětí průřezů
Popis systému Condair ME
Adiabatický zvlhčovač a chladič Condair ME je systém, který využívá odpařovací plochu smáčených kazet. Náplně na bázi ztužených skleněných vláken jsou určené pro pitnou vodu, polyesterové náplně pak pro použití demineralizované nebo měkčené vody. Hydraulický modul se sestavou napájecích čerpadel umožňuje kvalitní regulaci výkonu, odčerpávání zbytkové vody a hygienický proplach systému (obr. 1). Pro zvýšení hygienické bezpečnosti lze do zásobníku vody doplnit UV zářič.
Regulace Condair ME komunikuje v protokolu Modbus, BACnet a LonWorks. Na vstupu ze strany vzduchu by měl být samozřejmostí filtr.
Využití Condair ME pro nepřímé chlazení vzduchu
Přestože je systém využití nepřímého chlazení poměrně jednoduchý a dobře známý, zrekapitulujme si typické aplikace. Na vstupu odpadního vzduchu do klimatizační jednotky je umístěna odpařovací jednotka Condair ME. Ochlazení procházejícího vzduchu je využito pro zpětné získání chladu, který je využit pro úpravu přiváděného vzduchu.
Deskový výměník
Deskové výměníky jsou v kombinovaných klimajednotkách pro přívod a odvod vzduchu nejvhodnějším prostředkem k získání chladu z odpadního vzduchu. Díky své konstrukci mají vysokou účinnost, svojí těsností s vysokou mírou bezpečnosti předcházejí možným hygienickým problémům a nepřenášejí vlhkost mezi přívodem a odpaním vzduchem.
Chlazení odpadního vzduchu
Tento systém zajištuje ochlazování odtahovaného resp. odpadního vzduchu, který následně přes rekuperační výměník zajištuje chlazení přiváděného čerstvého vzduchu (obr. 2).
Obr. 2 – Adiabatické chlazení odpadního vzduchu předchladí v deskovém výměníku přiváděný vzduch a šetří náklady na strojní chlazení
Chlazení cirkulačního vzduchu
Tento systém slouží k ochlazování cirkulačního vzduchu. Typickou aplikací pro takováto řešení jsou např. datové sály.
Vzduchotechnickou jednotkou vedeme proud vzduchu, který slouží k ochlazování rekuperační výměníku a výměník následně odebírá teplo vzduchu proudícímu v cirkulační větvi (Obr.3) .
Obr. 3 – Adiabatické chlazení cirkulačního vzduchu je využitelné například pro datové sály. Předání chladu přes deskový výměník
Kapalinové okruhy ZZT
Pro převod tepelné energie se již od sedmdesátých let využívá sestava vzájemně propojených kapalinových výměníků v odpadní a přívodní části klimajednotky. Připomeňme koncepci Ing. Jana Srnky z budovy Kongresového centra v Praze, které bylo jednou z prvních budov s tímto systémem ZZT u nás.
Kapalinové okruhy mají nižší účinnost oproti deskovým výměníkům, hydraulický systém je samozřejmě komplikovanější a investičně náročnější. Na druhé straně oddělené výměníky, propojené pouze hydraulickým okruhem představují naprostou jistotu z hlediska prevence hygienické bezpečnosti a nežádoucího přenosu vlhkosti.
Rotační regenerační výměníky
Rotační regenerační výměníky slouží velmi dobře v zimním období pro využití odpadního tepla. I když jsou použity „neentalpické“ rotory, pro nepřímé adiabatické chlazení znamenají riziko nežádoucího přenosu vlhkosti. Kritickým může být při vyšších odporech vzduchu utěsnění rotoru vůči okolním komorám, kde může docházet k přenosu nejen tepla, ale i škodlivin z odpadního vzduchu. Rotační výměníky jsou možným řešením především kvůli malé vestavné šířce.
Z uvedených možností převodu chladu při nepřímém adiabatickém chlazení je použití rotačních výměníků nejméně výhodná technologie.
Vyhodnocení efektivity nepřímého adiabatického chlazení Condair ME pomocí myCoolblue
Pro vyhodnocení úspory chladícího výkonu při využití nepřímého adiabatického chlazení slouží veřejně přístupný nástroj myCoolblue, který vyvinula firma Condair a je k dispozici na https://mycoolblue.com/#/. Na appstore je k dispozici také jako aplikace.
Prvním krokem je zadání vstupních parametrů, jako je klima v dané lokalitě, množství chlazeného vzduchu, rozměry vlhčící komory, koncepce jednotky a podobně (obr. 4).
Obr. 4 – Zadávací menu softwaru my CoolBlueAdiabatické pro adiabatické chlazení s využitím zařízení Condair ME
Následně je možno vyhodnotit úspory na strojním chlazení, celkovou spotřebu vody, tlakovou ztrátu a další výsledné hodnoty (obr. 5).
Obr. 5 – Ve vyhodnocení je zobrazeno, jaký podíl úspor připadá na adiabatické chlazení a rekuperaci ve srovnání s potřebným výkonem strojního chlazení
Za běžných provozních podmínek kalkulace v naší klimatické oblasti software myCoolBlue vyhodnocuje v zobrazeném příkladu možné úspory nepřímým adiabatickým chlazením na 40%, zatímco podíl využití rekuperace deskovým výměníkem tvoří pouze cca 13% celkové potřeby chladicího výkonu.
Software umožňuje výpočet pro použití deskového výměníku, kapalinového okruhu nebo rotačního výměníku se zadáním různé účinnosti podle údajů výrobců jednotlivých komponentů. Jako standardní prvek adiabatického chlazení je uvažován Condair ME.
Zvlhčovače parní, adiabatické. Odvlhčovače bazénové, stavební. Adsorbční odvlhčování. Klimajednotky a tepelná čerpadla pro bazény. Chladicí jednotky a přesná klimatizace. Dveřní clony. Předizolované potrubí ALP. Konvektory. Distribuční elementy pro VZT.