Oszczędności energii i wzrost mocy – zraszanie wymienników wentylatorowych, chłodnic i agregatów

Zraszanie wymienników wentylatorowych, chillerów, agregatów chłodniczych

Rozwiązanie to zwiększa możliwość wymiany ciepła, więc rośnie maksymalna moc chłodnicza chillerów, agregatów chłodniczych, itd. Zamiast kupować dodatkowe agregaty chłodnicze można kupić 7..11-krotnie tańszy system mgłowego chłodzenia wymienników ciepła (zraszania wymienników).

Oszczędzania energii w układach chłodniczych

Chłodzenie mgła wodną wymienników suchych stosuje się w celu zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w upalne dni. W korzystnym układzie budowy wymiennika i nowoczesnym układzie chłodniczym oszczędności mogą wynieść 60%. Poza ogromnymi oszczędnościami na energii elektrycznej, można uzyskać jeszcze większe oszczędności na zmniejszeniu mocy przyłączeniowej, która w Polsce jest bardzo droga. Jest to rozwiązanie, które łączy zalety suchych wymienników wentylatorowych i wodnych chłodni wentylatorowych.

Jeżeli więc szukasz oszczędności w swojej fabryce, mleczarni, markecie, sklepie spożywczym, czy magazynie warto rozważyć to rozwiązanie. Zraszanie wymienników przez ostatnie lata staniały o około 70%, równocześnie zdrożała energia elektryczna. Czynniki te spowodowały wysoką opłacalność tego typu rozwiązań.

Szacuje się, że w najbliższych latach ceny energii elektrycznej w Polsce wzrosną jeszcze o 100..300%. Jak w każdym demokratycznym kraju podwyżki cen energii wchodzą po wyborach. Spowodowane to jest zaniedbaniami inwestycyjnymi, przez ostatnie 20..30 na kopalniach węgla odkładano inwestycje.  Kopalnie węgla kamiennego  zostały zaadoptowane przez państwowe spółki energetyczne. Niezbędne inwestycje w górnictwo i utrzymywanie nierentownych kopalń zostanie wliczone w ceny energii elektrycznej. Drugim czynnikiem są narzucone przez EU ogromne opłaty za emisje CO₂ (dwutlenku węgla).

Osiągana oszczędność na energii elektrycznej silnie zależy od sposobu sterowania układu chłodniczego i budowy wymienników. W układach chłodniczych o zmiennym ciśnieniu skraplania uzyskuje się bardzo dobre efekty oszczędności energii elektrycznej i duży wzrost mocy maksymalnej. Natomiast w starych układach chłodniczych o stałym ciśnieniu skraplania oszczędności “prądu” są niewielkie, ale uzyskuje się bardzo duże wzrosty mocy maksymalnej.

Możliwości uzyskania oszczędności energii elektrycznej, na testowanym agregacie wody lodowej.

Instalacje wodne do zraszania wymienników

Ważną rzeczą było określenie dla danego wymiennika prędkości kumulacji wody i prędkości przeciągnięcia. Określono różnicę w budowie instalacji dla wymienników poziomych, pionowych i typu V. Najważniejszym wnioskiem wyciągniętym z tych badać jest konieczność stosowania wody demineralizowanej (to idealnie czysta woda nie zawierająca rozpuszczonego CaCO₃ i innych związków mineralnych.

Woda kranowa w 1 m³ może zawierać 2 kg rozpuszczonego kamienia CaCO₃, choć normy dopuszczają 500 g. Po zraszaniu chłodnicy wodą wodociągową, woda odparowuje, a kamień w niej zawarty w około 90% pozostaje na chłodnicy. Osad mineralny (osad wapienny, kamień) zatyka wąskie szczeliny między lamelami, zmniejszając wydajność wymiennika. Ponadto uszkadza mechanicznie chłodnicę i wywołuje korozję. Efektem działania minerałów zawartych w wodzie wodociągowej jest szybkie zniszczenie wymiennika lub ograniczenie jego wydajności już po kilkunastu dniach zraszania. Ze względu na delikatną konstrukcję wymienników usunięcie tego kamienia wymaga użycia roztworu kwasu, więc prowadzi do uszkodzenia, rozszczelnienia lub całkowitego zniszczenia wymiennika.

Podejmowane próby stosowania wody zmiękczonej na złożach jonowymiennych (popularnych zmiękczaczach) okazały się równie niszczące z powodu działania wodorotlenku sodu (NaOH) zawartego w wodzie. W procesie zmiękczania wapń (Ca) wymienia się na sód (Na). Usuwając zatem z wody węglan wapnia (CaCO₃), powstaje w wodzie w zamian wodorotlenek sodu (NaOH). Jest to nieorganiczny związek chemiczny z grupy wodorotlenków, należący do najsilniejszych zasad. Używany jest do udrażniania zatkanych umywalek i rur, trawienia (rozpuszczania) aluminium.

Stosowanie stacji odwróconej osmozy

Z powodu konieczności stosowania wody demineralizowanej, budowa takich zraszaczy wymienników była na granicy opłacalności, co przyczyniło się do małej popularności takich rozwiązań. W ostatnich latach mamy jednak powrót do budowy instalacji do zraszania wymienników wentylatorowych. Powodów jest kilka:

• obecne instalacje demineralizacji wody zużywające znacznie mniej energii elektrycznej, nawet 80% mniej
• obecne instalacje demineralizacji wody są tańsze w produkcji i sprzedaży, ceny przez ostatnie kilka lat spadły około 70%
• obecnie używane dysze do zraszania wymienników wykonane są z rubinu lub kompozytów diamentowych, są kilkadziesiąt razy trwalsze od dysz stalowych

Innym rozwiązaniem jest też zbieranie i wykorzystanie wody deszczowej. Woda ta nie zawiera rozpuszczonych minerałów, po prostym uzdatnieniu idealnie nadaje się do zraszania wymienników.

Wzrost wydajności chłodniczej

Zraszanie wymienników podnosi wydajność chłodniczą od 30 do 100%, zatem istotnie obniża koszt wykonania wymiennika o ustalonej mocy. Więc producenci sprzedają wymienniki wentylatorowe wraz z instalacjami zraszania. Niektórzy producenci celowo przemilczają temat konieczności stosowania wody demineralizowanej, ponieważ podniosło by to całkowity koszt oferty czyniąc ją nieatrakcyjną. Wczytując się w dane techniczne instalacji zraszania wymiennika można znaleźć wymagania wody zasilającej. Użytkownik lub firma instalacyjna nie jest w stanie przeanalizować wszystkich danych technicznych, więc najczęściej nie przelicza zawartości związków w wodzie, twardości wody, itp. Tam właśnie wśród innych niepotrzebnych parametrów jest ukryta informacja mówiąca, że układu nie można zasilać wodą wodociągową lub zmiękczoną. Jest to ukryta furtka umożliwiająca producentowi odrzucenie późniejszych roszczeń gwarancyjnych. W efekcie odpowiedzialność za zniszczenie wymiennika spada na użytkownika lub firmę montującą instalację.

Zraszanie wymienników wentylatorowych

Najczęściej w dużych wymiennikach stosuje się proste wentylatory sterowane ON/OFF. Takie konstrukcję pracują najczęściej ponad prędkością kumulacji wody (przepływ powietrza 9-15 m/s) co oznacza, że woda pomiędzy lamelami wymiennika nie opada grawitacyjnie. Podanie za dużej ilości wody powoduje zatykanie wymiennika wodą i duży spadek jego wydajności. Podanie za małej ilości wody powoduje mała skuteczność zraszania i najczęściej nierówną pracę wymiennika. Wymienniki poziome są znacznie bardzie wrażliwe na brak równomierności zraszania (od konstrukcji typu V i pionowych). Z tych powodów zraszanie wymienników poziomych wymaga zaawansowanego układu sterowania. Najprostszym rozwiązaniem jest pomiar spadku ciśnienia na wymienniku zaraz przed uruchomieniem układu zraszania, po czym regulowanie układu zraszania tak, aby spadek ten nie przekraczał 105-115% wartości startowej. Takie sterowanie realizuje sterownik OTECH-AER-5.

Zagrożenie Legionellą

Mokry wymiennik działa jak filtr wyłapując dużą ilość zanieczyszczeń z przedmuchiwanego powietrza, pyłki roślin, suche resztki liści i materii organicznej, zanieczyszczenia te stanowią pożywkę dla bakterii. Pożywka ta połączona z wysoką temperaturą wymiennika, dobrze natlenioną wodą, tworzy idealny inkubator dla rozwoju niebezpiecznych bakterii Legionelli. Temperatura 50°C nie pozwala rozwijać się innym bakterią stanowiącym naturalną barierę dla Legionelli, dlatego w takiej temperaturze Legionella może rozmnażać się w tempie wykładniczym.

Bakterie Legionella występują powszechnie w rzekach i studniach. Są odporne na środki chemiczne. Standardowe ilości chloru i ozonu dodawane do wody wodociągowej nie są w stanie ich zabić. Nie stanowią zagrożenia będąc w wodzie nawet po spożyciu zakażonej wody. Jeżeli jednak bakterie te dostaną się do płuc człowieka w postaci drobnych kropelek wody, wywołują ciężką chorobę, która infekuje płuca zabija 15 do 25% zarażonych.
Drogą infekcji ludzi i zwierząt jest oddychanie aerozolem powietrzno-kropelkowym pochodzącym z wymiennika. Badania z całego świata potwierdzają, iż bakterie Legionella mogą przemieszczać się z chłodni wodnych na odległość nawet 1 km, powodując zachorowania u ludzi. Dlatego absolutnie niezbędne jest zabezpieczanie tego typu instalacji.

Odpowiedzialność za bezpieczeństwo pracujących urządzeń chłodniczych, obowiązek odkażania i przeprowadzania okresowych kontroli wody pod kątem obecności bakterii Legionella spoczywa na administratorze, lub właścicielu budynku, instalacji.

Aby zapobiegać rozwojowi bakterii stosuje się równocześnie kilka środków zapobiegawczych:

1. Używa się wodę demineralizowaną hamującą rozwój bakterii (i tak woda kranowa, lub zmiękczona nie nadaje do zraszania wymienników)
2. Używa się niedrogich generator jonów cynku, poza działaniem bakteriobójczym jony cynku chronią wymiennik przed korozją i awariami.
3. Do wody dodaje się okresowo nieagresywne dla metali środki bakteriobójcze, dezynfekujące.

Korzyści ze zraszania wymienników systemem HPS firmy OTECH

Zraszanie wymienników – zalety stosowania adiabatycznych układów chłodzenia wymienników wentylatorowych:

• duże zwiększenie wydajności układów chłodniczych w upalne dni,
• zmniejszenie zużycia energii (tylko agregaty o zmiennym ciśnieniu skraplania),
• proste, bezobsługowe działanie układu,
• bezawaryjność i trwałość,
• bardzo duża efektywność wysokociśnieniowych systemów mgłowych w porównaniu z bardzo niewydajnymi układami klasycznymi,
• prosty montaż.