Wytwornice wody lodowej Chillery - rodzaje i klasyfikacja

Transkrypt

1 Wytwornice wody lodowej Chillery - rodzaje i klasyfikacja Stan dzisiejszy i tendencje rozwoju Wytwornice wody lodowej są obecnie podstawowym elementem systemu klimatyzacji budynków użyteczności publicznej i przemysłowych. Wprawdzie w ostatnich latach system VRV zdobywa coraz większe znaczenie, lecz zalety rozprowadzania zimna za pośrednictwem wody lodowej sprawiają, że system ten ma jeszcze na rynku dominujące znaczenie. Wytwornice wody lodowej, zgodnie ze współczesnymi wymaganiami techniki chłodniczej, są najczęściej prawie w całości montowane w wytwórni i dostarczane w stanie gotowym do pracy. Rozwiązania konstrukcyjne wytwornic zależą przede wszystkim od producenta, mocy chłodniczej wytwornicy, jej wyposażenia, wymagań inwestora itp. Zakres możliwych rozwiązań konstrukcyjnych wytwornic wody lodowej jest obecnie tak szeroki, że projektant instalacji klimatyzacyjnej może w praktyce dobrać wytwornicę najlepiej dostosowaną do lokalnych warunków oraz rodzaju i wielkości klimatyzowanego obiektu, jak też wymogów klienta. Klasyfikacja wytwornic wody lodowej Wytwornicę wody lodowej tworzą następujące zespoły i elementy: zespół sprężarkowy, skraplacz, parowacz (chłodnica wody lub wodnego roztworu glikolu), zawory rozprężne, elementy pomocnicze obiegu czynnika chłodniczego (zbiorniki, filtry, odwilżacze itp.), układ regulacyjno-sterujący, elementy pierwotnego obiegu nośnika zimna (pompy obiegowe, naczynie wzbiorcze, zbiornik buforowy itp.) - jest to niekiedy wyposażenie opcjonalne. Podstawą klasyfikacji wytwornic wody lodowej jest najczęściej rodzaj podstawowych elementów układu chłodniczego, ich konfiguracja, sposób chłodzenia skraplacza, a także przewidywana lokalizacja urządzenia oraz jego moc chłodnicza. Wytwornice wody lodowej mogą być wyposażone w sprężarki następującego rodzaju: tłokowe, śrubowe, spiralne (scroll), przepływowe, przy czym mogą to być sprężarki otwarte (dławnicowe), półhermetyczne lub hermetyczne.

2 Ze względu na rodzaj skraplacza rozróżnia się wytwornice ze skraplaczem: chłodzonym powietrzem, chłodzonym wodą, natryskowo-wyparnym. W zależności od rodzaju parowacza rozróżnia się wytwornice z parowaczem: płaszczowo-rurowym, płytowym, spiralnym. Istotny wpływ na rozwiązanie konstrukcyjne wytwornicy ma jej przewidywana lokalizacja, przy czym rozróżnia się wytwornice przystosowane do pracy: na zewnątrz budynku, wewnątrz budynku. Ponadto wytwornice wody lodowej mogą być dostarczane jako urządzenia zwarte (monoblokowe) lub rozdzielone (split), przy czym elementem wydzielonym jest najczęściej skraplacz. Obecnie coraz większego znaczenia w praktyce nabierają absorpcyjne, bromolitowe wytwornice wody lodowej. Energią napędową w tych wytwornicach jest ciepło, a czynnikiem chłodniczym woda. Wytwornice te mogą współpracować z miejskimi systemami ciepłowniczymi (niedociążonymi w okresie letnim), instalacjami solarnymi, a także z systemami gazowymi, w których w lecie występuje nadmiar gazu z powodu braku jego odbioru na potrzeby ogrzewania. Techniczno-konstrukcyjne i ekologiczne wymagania w odniesieniu do sprężarkowych wytwornic wody lodowej Nowoczesne wytwornice wody lodowej powinny charakteryzować się następującymi cechami: niskim zużyciem energii napędowej, możliwością dopasowania mocy chłodniczej urządzenia do chwilowych obciążeń cieplnych zasilanej instalacji przy jak najmniejszych stratach regulacyjnych, wysoką niezawodnością i bezpieczeństwem działania oraz długą żywotnością, ograniczoną szkodliwością oddziaływania na środowisko (potęgowanie efektu cieplarnianego, niszczenie warstwy ozonowej, hałas i wibracje), prostym montażem i obsługą oraz łatwością nadzoru działania i diagnostyki zakłóceń, małymi wymiarami oraz masą, niskimi kosztami inwestycji i eksploatacji. Uzyskanie powyższych cech, często przeciwstawnych, wymaga odpowiednich działań konstrukcyjno-technologicznych w odniesieniu do poszczególnych elementów składowych (sprężarek, wymienników ciepła, układów regulacji, wentylatorów itp.), jak również w odniesieniu do urządzenia jako całości (konstrukcja nośna, zabezpieczenia antykorozyjne i akustyczne itd.). Uzyskanie powyższych cech, często przeciwstawnych, wymaga odpowiednich działań konstrukcyjno-technologicznych w odniesieniu do poszczególnych elementów składowych (sprężarek, wymienników ciepła, układów regulacji, wentylatorów itp.), jak również w odniesieniu do urządzenia jako całości (konstrukcja nośna, zabezpieczenia antykorozyjne i akustyczne itd.). Ostateczne cechy jakościowe i eksploatacyjno-ekologiczne urządzenia są superpozycją cech jego

3 elementów składowych. Cechy charakteryzujące wytwornice wody lodowej wymieniono w przypadkowej kolejności, gdyż niektóre z nich są przeciwstawne, a ich znaczenie (waga) zależy głównie od przeznaczenia urządzenia, stopnia jego wykorzystania, rodzaju zasilanej instalacji, możliwości finansowych inwestora itp. Analizę tych cech powinien wykonać projektant i na postawie jej wyników dobrać urządzenie, które w największym stopniu odpowiada lokalnym uwarunkowaniom. Aby ułatwić projektantom ten wybór, a także porównanie oferowanych urządzeń pod względem energetycznym i eksploatacyjnym, wprowadzono pewne standardy dotyczące osiągów urządzeń w określonych warunkach eksploatacji. Przykładowo znamionowa moc chłodnicza i znamionowy pobór mocy do napędu wytwornic wody lodowej ze skraplaczami chłodzonymi powietrzem określane są w następujących warunkach: ltemperatura wody lodowej - 12/7oC, ltemperatura powietrza na wejściu do skraplacza - 35oC. Efektywność energetyczną urządzenia w warunkach znamionowych określa współczynnik wydajności chłodniczej zdefiniowany wzorem [wg PN-EN : 2004(U)]: (1) PC - całkowita moc chłodnicza, PT - całkowity pobór mocy napędowej. Jednak wytwornica wody lodowej eksploatowana jest w warunkach, które charakteryzują się dużą zmiennością zarówno w przekroju dobowym, jak i sezonowym. Do oceny jakości energetycznej wytwornicy eksploatowanej w takich warunkach służy wskaźnik IPLV (Integraded Part Load Value). Jest on obliczany korzystając z zależności (wg ARI Standard 550/590-98): (2) EER - współczynniki wydajności chłodniczej odpowiednio przy 100; 75; 50 i 25% obciążeniu urządzenia. Na podstawie wskaźnika IPLV można obliczyć sezonowe (roczne) zużycie energii elektrycznej E wg wzoru: (3) Qa - ilość zimna wytworzonego w sezonie chłodzenia, kwh/a. W przypadku oceny wpływu wytwornicy wody lodowej na środowisko istotne znaczenie ma, oprócz wymiernej wielkości, którą jest np. poziom hałasu lub zużycie energii elektrycznej, całkowity równoważny wskaźnik ocieplenia (TEWI). Umożliwia on ocenę globalnego ocieplenia atmosfery z uwzględnieniem wpływu bezpośredniej emisji czynnika chłodniczego do atmosfery oraz pośredni wpływ emisji dwutlenku węgla podczas wytwarzania energii niezbędnej do działania wytwornicy wody lodowej, w pełnym okresie jej trwałości eksploatacyjnej. Wskaźnik TEWI ma istotne znaczenie w przypadku porównywania alternatywnych urządzeń lub czynników chłodniczych, w warunkach takiego samego zastosowania i tego samego usytuowania urządzeń. Wartość wskaźnika TEWI można obliczyć za pomocą podanego poniżej wzoru, przy czym we wzorze tym poszczególne zakresy wpływu występują jako oddzielne człony:

4 (4) przy czym: GWP. L. n - wpływ strat spowodowanych nieszczelnościami, GWP. m (1 - a 0) - wpływ strat przy odzyskiwaniu czynnika, n. Ea. b - wpływ zużycia energii napędowej, TEWI - całkowity równoważny wskaźnik ocieplenia, kg CO2/a, GWP - globalny potencjał ocieplenia, odniesiony do CO2, L - roczne straty czynnika przez nieszczelności, kg/a, n - czas eksploatacji urządzenia, a, m - napełnienie urządzenia czynnikiem roboczym, kg, ao - stopień odzyskiwania / uzdatniania czynnika (przyjmuje wartość od 0 do 1), Ea - roczne zużycie energii napędowej, kwh/a, b - wskaźnik emisji CO2 przy wytwarzaniu 1 kwh energii napędowej, kg CO2/kWh. Jeżeli gazy potęgujące "efekt cieplarniany" mogą być emitowane przez izolację cieplną lub inne składniki wytwornicy wody lodowej, to do wskaźnika TEWI należy również dodać globalny potencjał ocieplenia tych gazów, obliczony wg wzoru: (5) GWPi - globalny potencjał ocieplenia gazu w izolacji, odniesiony do CO2, mi - masa gazu w izolacji urządzenia, kg, a i - udział gazu odzyskanego z izolacji po okresie trwałości eksploatacyjnej, zawarty w przedziale od 0 do 1. W analizie wpływu wytwornicy wody lodowej na środowisko nie uwzględnia się wskaźnika ODP, gdyż zgodnie z obowiązującymi wymaganiami syntetyczne czynniki chłodnicze muszą mieć ODP = 0. W dalszej części artykułu, na przykładzie wytwornic wody lodowej ze sprężarkami śrubowymi i skraplaczami chłodzonymi powietrzem, opisane zostaną dokonania firmy McQuay w zakresie konstrukcji tych urządzeń. Dokonania te odpowiadają współczesnym trendom, których celem jest optymalizacja konstrukcji i uzyskanie "doskonałej" wytwornicy wody lodowej, której cechy będą najbardziej zbliżone do wyżej wymienionych. Źródło: miesięcznik"chłodnictwo i klimatyzacja"nr 11/2005 KONTAKT Chłodnictwo & Klimatyzacja Tel:

5 Fax: Adres: al. Komisji Edukacji Narodowej Warszawa