Použití adiabatického chlazení v klimatickém pásmu ČR – 1. část

chladicí soustavy

Příspěvek dokumentuje výhodnou použitelnost adiabatického chlazení v ČR a hodnotí i energetické přínosy pro uživatele. V závěru rovněž připomíná i technické omezení v případech, kdy je nasávaný vzduch již vodou téměř nasycen.

Recenzent: Vladimír Galád

Úvod

V předchozím čísle časopisu Topin (5/2018) byla věnována pozornost obecným výpočtům provozních nákladů adiabatických jednotek, základním informacím jak vstupní parametry teploty a vlhkosti ovlivňují efektivnost provozu a ukázce adiabatického vlhčení v Molliérově i-x diagramu.

V následujícím textu se podíváme na hospodaření s vodou, požadavky na její kvalitu, možné způsoby čištění, a to, jak teplota vody ovlivňuje její měrnou spotřebu.

V dalším čísle časopisu (7/2018) bude uveden modelový příklad dle zadaných parametrů pro výpočet přímého a dvoustupňového adiabatického chlazení s uvedením reálných cen provozních nákladů – výpočet je proveden v závislosti na hodinových klimatických podmínkách a dává tak reálný pohled na možnost využitelnosti právě tohoto způsobu chlazení v klimatickém pásmu ČR. V závěru následujícího článku budou uvedeny provozní náklady a výhodnost použití adiabatického chlazení vůči strojní klimatizaci v reálných číslech.

Voda v adiabatických jednotkách

Při odpařování vody na evaporační výplni dochází k uvolnění výparného tepla, avšak nečistoty a minerály již obsažené ve vodě se neodpaří a zůstávají v pevné formě, dále dochází k záchytu nečistot ze vstupujícího vzduchu, což má za následek, že do cirkulující vody vstupuje více prachových částic a organických kontaminantů. Nedostatečná kontrola vznikajícího znečištění vede ke tvorbě vápnitých usazenin, korozi a vzniku možných bakterií. Tím dochází ke snížení životnosti jednotlivých komponent a vlivem nánosu nečistot ke snížení účinnosti saturace – je tedy nutné zajistit dostatečnou kvalitu dodávané a cirkulační vody pomocí automatických systémů čištění, nebo filtračních systémů kontrolující znečištění a množení mikroorganizmů. [1]

Do vody je možné dávkovat doporučené přísady, např. Sanosil S015 (dezinfekční koncentrát, max. 130÷200 ppm, kontinuální dávkování), Sanosil Corfit Protect B (antikorozní inhibitor, max. 30 ppm, kontinuální dávkování). [2]

Obr. 1 • Možné zapojení jednotlivých komponent vodního hospodářství nádrže adiabatické jednotky [2]

Čištění konstantním odtokem

Jedná se o jednoduchou možnost, jak lze vodu zbavovat nečistot usazujících se ve spodní části, tak, že když je jednotka zapnutá tak automaticky dochází k malému odtoku použité vody v rozmezí 3÷20 l·h^–1 (tj. cca 5÷30 m³·a^–1), dle kvality vody a okolního prostředí. [3]

Čištění měřením vodivosti

Elektrická vodivost (konduktivita) je sumární parametr pro koncentraci iontů – čím více soli voda obsahuje, tím vyšší je její vodivost. Pokud hodnota vodivosti dosáhne nastavené hodnoty, dojde k odpuštění cca 6÷8 l vody. V porovnání s konstantním odtokem je tento způsob provozně výhodnější. [3]

Tab. 1 • Doporučené limity složení vody dle normy ASME pro používání v adiabatických jednotkách. [4]

Nakládání s vodou

Voda používaná v adiabatických jednotkách musí být pitná a může být odebírána přímo z vodovodní sítě. Pokud dochází k pravidelným automatickým cyklům čištění vnitřních okruhů, pak je zabráněno usazování nečistot a minerálů obsažených ve vodě.

Do vodovodního okruhu je nezbytné vložit filtr, který zabrání průniku pevných částic do zařízení a generátor ozonu (O₃ < 0,1 ppm), který je zde za účelem eliminace možných bakterií a zvýšení kvality vody. Dva snímače hladiny (horní a dolní) zde kontrolují množství vody – pokud je hladina nízká, tak dojde k otevření přívodního ventilu, voda se napouští do té doby, než snímač horní hladiny vyšle povel kontrolní jednotce, která uzavře přívodní ventil. [2]

Cirkulační čerpadlo dodávající vodu do adiabatické jednotky by mělo být navrženo tak, aby byl zajištěn průtok minimálně 7 l·min^–1 o tlaku 1,5÷3 bar. [5]

Před ukončením provozu jednotky se nejprve vypne cirkulační čerpadlo (pokud je na sací straně čerpadla filtr, a dojde k jeho odstavení tak pomocí gravitace voda steče dolů a umožní tak „vypláchnutí“ filtru), poté je cca 15 minut v provozu pouze ventilátor, který „vysuší“ evaporační výplň, jako poslední krok procesu je provedeno vypuštění nádrže, aby se zabránilo tvorbě možných mikroorganizmů a tvoření vápenatých nánosů. Je doporučené, aby spodní stěna nádrže byla ve sklonu 2° na straně odvodnění pro efektivní odtékání. [2]

Vliv teploty vody na její měrnou spotřebu

Měrná spotřeba vody definuje množství potřebné k jejímu odpaření tak, že uvolní právě 1 kW tepla. Lze říci, že v ideálním případě je teplota protékající vody evaporační výplní t_H2O rovna teplotě mokrého teploměru t_WB, pokud bude teplota vody např. o 1 °C vyšší, resp. nižší tak lze ovlivnit výslednou měrnou spotřebu vody, dle tab. 2. Rovněž lze zmínit, že pokud je teplota vody o 1 °C nižší, tak výstupní teplota vzduchu bude o 0,81 °C také nižší. [6]

Tab. 2 • Závislost měrné spotřeby vody na její teplotě [6]

Z tab. 2 je patrné, že pro teplotu vody o 1 °C nižší je průměrná spotřeba 1,176 kg vody na „produkci“ 1 kW chladicího výkonu. (pozn. výparné teplo vody při 20 °C se pohybuje kolem 2,4 MJ·kg^–1, což právě odpovídá měrné hodnotě 1,5 kg·kW^–1 resp. 0,67 kW·kg^–1 za předpokladu t_H2O = t_WB).

Graf 1 • Průměrná měsíční teplota pro Chlumec nad Cidlinou

Klimatické pásmo ČR

• Mírné podnebí, přechodné mezi oceánským a kontinentálním charakteristické západní proudění.
• Hlavní vliv na podnebí ČR má nadmořská výška a reliéf – např. pro každých 100 m.n.m. se průměrná teplota sníží o 0,61 °C. [7]
• Průměrná roční teplota se v současné době pohybuje mezi 7÷11 °C (2010÷2017).
• Průměrný počet srážek 500÷ 700 mm.

Sběr dat parametrů vzduchu

Pro získání hodinových dat teplot a relativní vlhkosti bylo vycházeno z měřicí stanice umístěné v Chlumci nad Cidlinou [8]. Čidlo je umístěno v bodě N–50°09'43.3" a E–015°26'56.2" s výškou 244 m.n.m. Pro měření je použit snímač T7511, který udává přesnost: teplota ± 0,4 °C a relativní vlhkost ± 2,5 %. Změřená data jsou posílána v 5minutových intervalech ke zpracování na server, kde jsou následně vyhodnocena pro průměrné hodinové, denní a měsíční intervaly. Přístrojem jsou získány údaje o tlaku, teplotě a relativní vlhkosti.

Graf 2 • Roční průběh teploty vzduchu a teploty rosného bodu zaznamenaného měřicí stanicí ve Chlumci nad Cidlinou

Graf 3 • popisuje ukázku mezi dny 1.–4. července 2017, kde je zaznamenána nejvyšší průměrná hodinová teplota 36 °C. Z grafu je rovněž patrné, jak teplota vzduchu ovlivňuje relativní vlhkost – pro relativní vlhkost 100 % je zřejmé, že zrovna prší, pro adiabatické jednotky to znamená nemožnost fungovat (vzduch je již nasycen)

Tab. 3 • Přehled parametrů dané sezóny, kdy je potřeba dodávat chlad – uvažované období je bráno pro 5.–9. měsíc ve Chlumci nad Cidlinou.
Označení t – počet hodin kde je teplota větší jak 20 °C; t_stř – střední teplota v době potřeby chladu; t_Pr – teplota Praha; t_Ch – teplota Chlumec nad Cidlinou; t_Br – teplota Brno

Z těchto údajů se na serveru dopočítávají další údaje určující stav vzduchu, tj. měrná vlhkost, absolutní vlhkost, teplota rosného bodu, teplota mokrého teploměru, měrná hmotnost vzduchu a entalpie. [8]

Seznam použité literatury

1. Water quality. Baltimore Aircoil Company [online]. Baltimore Aircoil International, 2017 [cit. 2018-09-03]. Dostupné z: https://www.baltimoreaircoil.eu/ knowledge-center/water-quality
2. Oxycom Intrcooll manual. OXYCOM – Natural air conditioning [online]. Nizozemsko: Oxycom Fresh Air BV, 2018 [cit. 2018-07-19]. Dostupné z: https://www.oxy-com.com/
3. SAMAN, Wasim, Frank BRUNO a Ming LIU. Technical background research on evaporative air conditioners and feasibility of rating their water consumption. Water rating [online]. Australia, 2009 [cit. 2018-09-03]. Dostupné z: http://www.waterrating.gov.au/ search?k=evaporative%20air%20conditioner#k=Technical%20background%20research%20on%20evaporative
4. GT INLET-AIR COOLING SYSTEMS. Combined Cycle Journal [online]. Las Vegas, 2014 [cit. 2018-09-03]. Dostupné z: http://www.ccj-online.com/ gt-inlet-air-cooling-systems/
5. Evaporative cooling system EUCOLD. Carlieuklima [online]. Itálie, b.r. [cit. 2018-09-03]. Dostupné z: http://www.carlieuklima.com/schedaprodotti_eng.php/prodotto=evaporative_cooling_system/idprodotto=51/idcat=11
6. ROGDAKIS, KORONAKI a TERTIPIS. Estimation of the Water Temperature Influence on Direct Evaporative Cooler Operation. International Journal of Thermodynamics. National Technical University of Athens, Faculty of Mechanical Engineering, Laboratory of Applied Thermodynamic, 2013. ISSN ISSN 1301-9724.
7. Podnebí Česka [online]. 2018 [cit. 2018-09-03]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/Podneb% C3%AD_%C4%8Ceska#Sr
8. VOPÁLKA, Karel. Archiv hodnot / Popis snímače. Technika prostředí – qpro [online]. Chlumec nad Cidlinou, 2017 [cit. 2018-09-03]. Dostupné z: https://www.qpro.cz/Archiv-teploty- vlhkosti-tlaku-v-Chlumci

Application of adiabatic cooling in the climatic zone of the Czech Republic – Part 1.

The article deals with usability of adiabatic cooling in the Czech Republic conditions. Orientation calculation is performed according to the specified parameters depending on the climatic conditions of the hourly temperature and humidity during the cooling season for past year 2017.

Keywords: Adiabatic cooling, water management, cooling, operating costs, comparison.

DOKONČENÍ PŘÍŠTĚ