Adiabatyczne systemy chłodzenia w budynkach przemysłowych

W budynkach przemysłowych – szczególnie produkcyjnych, ale także logistyczno-magazynowych – często występują duże nadwyżki ciepła. Ze względu na prawidłowość procesów technologicznych oraz cykl pracy, a także komfort pracujących w tych obiektach osób konieczne jest skuteczne odprowadzanie tych zysków ciepła.

Inwestorzy i osoby zarządzające szukają rozwiązań chłodzących skutecznych i wydajnych, a jednocześnie o możliwie małym zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Rozwiązaniem coraz chętniej wybieranym w obiektach wielkokubaturowych – szczególnie takich, w których nie jest konieczna precyzyjna regulacja temperatury i wilgotności – są systemy chłodzenia adiabatycznego (zwanego też wyparnym lub ewaporacyjnym). Wykorzystywane są w nich przemiany cieplne towarzyszące odparowaniu wody, a niebagatelną zaletą jest stosunkowo prosty proces technologiczny, bez konieczności stosowania skomplikowanych, energochłonnych układów klimatyzacyjno-chłodniczych.

W procesie chłodzenia adiabatycznego wykorzystywane jest zjawisko konwersji ciepła jawnego (temperatura powietrza) na utajone (wilgotność powietrza). Do tego przekształcenia dochodzi w procesie odparowania wody – stąd nazwa „chłodzenie ewaporacyjne” lub „wyparne”. Do odparowania każdego kilograma wody zużywanych jest 2257 kJ energii pobieranej z powietrza w procesie obniżania temperatury. Przemiana ta odbywa się bez zmiany energii całkowitej powietrza. Stąd kolejna spotykana nazwa procesu – „chłodzenie adiabatyczne”.

Chłodzenie bezpośrednie – nawilżanie adiabatyczne

Najprostszą formą chłodzenia adiabatycznego bezpośredniego – czyli takiego, w którym proces odparowania wody i obniżania temperatury zachodzi na powietrzu obiegowym – jest zastosowanie nawilżaczy adiabatycznych, które sprawdzą się w niektórych halach przemysłowych: magazynach, zakładach przemysłu drzewnego czy papierniczego, halach przemysłu mechanicznego, tworzyw sztucznych czy nawet spożywczego.

Choć główną rolą nawilżaczy adiabatycznych jest zapewnienie odpowiedniej wilgotności powietrza w hali, dzięki przemianom cieplnym ciepło jawne – utajone w pomieszczeniu realizowane jest także chłodzenie powietrza. Nawilżanie polega na rozpyleniu wody w drobną mgiełkę za pomocą odpowiednich dysz. Każdy kilogram wody wprowadzonej w ten sposób do pomieszczenia może zapewnić moc chłodniczą odpowiadającą 640 W. Zasoby zużywane w tym procesie to oczywiście woda oraz energia pobierana przez pompę obiegową obsługującą dysze wysokociśnieniowe. Jak wskazuje jeden z producentów nawilżaczy adiabatycznych, temperatura w pomieszczeniu może zostać obniżona nawet o 2–5°C.

Chłodzenie bezpośrednie – „klimatyzatory” ewaporacyjne

Często stosowanym rozwiązaniem do „klimatyzacji” ewaporacyjnej są urządzenia, w których przebiega proces chłodzenia wyparnego, a powietrze kierowane jest nadmuchowo do chłodzonych pomieszczeń. Na rynku występują pod różnymi nazwami, np. schładzacze ewaporacyjne, klimatyzatory (klimatyzery) wodne czy klimatyzatory wyparne (ewaporacyjne). Spotkać można urządzenia mobilne i stacjonarne – te ostatnie są często stosowane jako urządzenia dachowe (rooftopy).
Urządzenie zamontowane w trwałej obudowie z odpowiednio zabezpieczonej (powlekanej) stali lub polimerowych tworzyw sztucznych odpornych na działanie promieni UV zawiera panele celuluzowe, na które podawana jest woda wodociągowa, niewymagająca dodatkowego uzdatniania. Panele mają odpowiednią strukturę (np. plastra miodu), która pozwala uzyskać dużą powierzchnię czynną odparowania, co usprawnia cały proces i zwiększa jego wydajność.

Woda (w średniej ilości 25–40 dm³/h, w zależności głównie od parametrów powietrza zewnętrznego) kierowana jest do instalacji rurowej wewnątrz schładzacza, skąd spływa po lamelach paneli celulozowych. Powietrze nawiewane z zewnątrz (o odpowiednio wysokiej temperaturze i niskiej wilgotności) przechodzi przez panele – zachodzi na nich wówczas odparowanie wody. Parowanie wody z panelu zapewnione jest dzięki przekształcaniu energii jawnej powietrza w energię utajoną (odparowanej wody).

Istotnym elementem i głównym urządzeniem pobierającym energię elektryczną jest wentylator – zwykle promieniowy lub osiowy, charakteryzujący się dużym przepływem powietrza i odpowiednim systemem regulacji (np. inwerterowej). Jego zadaniem jest zassanie powietrza na panele celulozowe, a następnie nadmuch powietrza (wyrzut organizowany jest jako dolny, górny lub boczny – zależnie od konstrukcji i montażu urządzenia) do pomieszczenia. Schładzacz jest często dodatkowo wyposażony w siatki filtrujące, które zabezpieczają panele przed zanieczyszczeniami zewnętrznymi.

Na koszty eksploatacyjne tego rozwiązania składają się energia do zasilania wentylatora oraz zużyta woda (każdy z tych komponentów odpowiada zwykle za około połowę całości kosztów). Jeśli porównać pracę „klimatyzera wodnego” do zapewniającego podobną moc chłodniczą klimatyzatora tradycyjnego (sprężarkowego), zużycie energii elektrycznej może okazać się nawet o 80% mniejsze. Jeden z producentów tych rozwiązań szacuje, że zużywając ok. 1,1 kW energii elektrycznej oraz ok. 25 dm³/h wody, urządzenie zdoła przewentylować i schłodzić 150–300 m² powierzchni. Wskazuje się też na efekt środowiskowy – emisja CO₂ obniżona jest o ok. 90%.

---

Literatura

1. Anisimov Sergey, Pandelidis Demis, Kierunki rozwoju wyparnego chłodzenia powietrza, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2012.
2. Kowalski Piotr, Kwiecień Dariusz, Symulacje całorocznej pracy systemów wentylacyjnych z nawilżaniem adiabatycznym, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2018.
3. Kowalski Piotr, Kwiecień Dariusz, Nawilżanie adiabatyczne – alternatywny sposób chłodzenia powietrza, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2017.
4. Maludziński Bogusław, Wojtas Kazimierz, Nawilżanie adiabatyczne w klimatyzacji hal przemysłowych – studium przypadku, „Rynek Instalacyjny” nr 6/2017.
5. Górka Andrzej, Górzeński Radosław, Bezpośrednie chłodzenie wyparne budynków, „Rynek Instalacyjny” nr 7–8/2014.
6. Krajnik-Żuk Ewa, Chłodzenie adiabatyczne w zakładach przemysłowych, „Rynek Instalacyjny” nr 9/2011.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!