Jak wydajne ogrzewać magazyny wysokiego składowania z wykorzystaniem zdecentralizowanych modułów wentylacyjnych?

Transkrypt

1 Sektor logistyki odgrywa ważną i dynamiczną rolę w dzisiejszej gospodarce, przechodzi ciągły rozwój i modernizację. W głównej mierze, to jednokondygnacyjne magazyny o wysokości przynajmniej 10 m, posiadające poziome betonowe podłogi, powiązane strefy parkowania i drogi transportowe. Budynki te są na ogół wyposażone w system klimatyzacji lub automatycznej wentylacji. Niestety, zdarza się, że przy ich projektowaniu nie przywiązuje się dostatecznej wagi do wyboru tychże systemów co następnie skutkuje znacznie wyższymi kosztami eksploatacyjnymi. Dlatego też w niniejszym artykule omówiliśmy systemy ogrzewania powietrza w magazynach wysokiego składowania (Rys. 1) skupiając się w szczególności na kwestii dystrybucji powietrza jak również efektywności ekonomicznej i technicznej. Rys. 1: Centrum logistyczne z magazynem wysokiego składowania Systemy ogrzewania powietrza w magazynach wysokiego składowania Wydajność systemów ogrzewania powietrza zależy przeważnie od kierunku prowadzenia powietrza, ponieważ dystrybucję temperatury określają głównie unoszące się prądy powietrza. W systemach o niskiej wydajności, skutkuje to znacznym gradientem temperatury, co z kolei prowadzi do niezadowalających warunków w zajmowanym obszarze oraz nadmiernego zużycia energii [2]. Celem jest zatem jednolita dystrybucja temperatury od podłogi do sufitu tak, by temperatura utrzymywała się na dostatecznie niskim poziomie nawet w górnych obszarach magazynu (na ogół dopuszczalna jest temperatura maksymalna rzędu 30 C). Analiza różnych systemów ogrzewania powietrza pokazuje, że najbardziej wydajne systemy kierują powietrze bezpośrednio w dół do zajmowanego obszaru [1, 2, 3]. W artykule omówiono szczegółowo trzy różne nawiewniki powietrza wykorzystywane do tego celu: Nawiewnik z dyszą dalekiego zasięgu Nawiewnik wirowy Wtryskiwacz powietrza 1/7

2 Na rysunku nr 2 przedstawiono różne rodzaje prądów powietrza zasilającego oraz sposób ich rozpraszania w przestrzeni otwartej. a) Nawiewnik z dyszą dalekiego zasięgu b) Nawiewnik wirowy c) Wtryskiwacz powietrza Rys. 2: Dystrybucja powietrza w przestrzeni otwartej Jednakże, magazyny wysokiego składowania stanowią pomieszczenia zamknięte zawierające bariery takie jak ściany i półki magazynowe, których konstrukcja i rozmieszczenie wpływają z kolei na ukształtowanie prądów powietrza. Rysunek nr 3 przedstawia typowe rozmieszczenie regałów magazynowych w centrach logistycznych oraz rozpraszanie prądów powietrza zasilającego w ramach trzech wspomnianych modeli nawiewania. a) Nawiewnik z dyszą dalekiego zasięgu b) Nawiewnik wirowy c) Wtryskiwacz powietrza Rys. 3: Dystrybucja powietrza w przestrzeniach zamkniętych Regały magazynowe w szczególności powodują deformację prądu powietrza; jego pierwotny okrągły kształt ulega "spłaszczeniu" i wydłużeniu wzdłuż przejścia między półkami. W wyniku powyższego, zachodzą dwa efekty aerodynamiczne. Po pierwsze, obszar zasięgu powietrza zasilającego zostaje zwiększony w jednym kierunku z uwagi na bariery. Po drugie, zwiększona prędkość i ciśnienie powietrza przy regałach magazynowych powoduje większy opór prądu powietrza. Wpływ tych efektów na prąd powietrza może się różnić, i zależy od rodzaju nawiewnika powietrza oraz od konstrukcji regałów magazynowych, zwłaszcza w odniesieniu do ilości powietrza jaka może przez nie przepłynąć. Powstają siły grawitacyjne z uwagi na różnicę gęstości pomiędzy powietrzem wtryskiwanym do pomieszczenia a powietrzem otoczenia w pomieszczeniu. Siły te mają wpływ zarówno na prąd powietrza zasilającego jak i ogólną cyrkulację powietrza w pomieszczeniu [3]. W przypadku, gdy powietrze jest wtryskiwane pionowo, prąd powietrza jest spowalniany jeżeli siły grawitacyjne równoważą siły 2/7

3 inercyjne. Obszar zasięgu z kolei zwiększa się, gdy siły te działają w tym samym kierunku. Doświadczenie pokazuje, że ze względu na niski poziom indukcji, gradient temperatury na początku prądu wynosi przynajmniej 0.4 C/m. To właśnie dlatego temperatura powietrza na poziomie sufitu oraz w górnym obszarze magazynu jest jedynie marginalnie niższa niż temperatura w bezpośrednim sąsiedztwie nawiewnika powietrza. Nawiewnik z dyszą dalekiego zasięgu W przypadku systemu ogrzewania powietrza w połączeniu z prądem sprężonym (Rys. 3a: Nawiewnik z dyszą dalekiego zasięgu) oznacza to, że temperatura w nawiewniku powietrza t 0 nie powinna przekraczać temperatury otoczenia t L o więcej niż kilka stopni. W przeciwnym wypadku, górne obszary regałów magazynowych będą się przegrzewać powodując naruszenia przepisów lub uszkodzenia towarów. W związku z powyższym, przy ogrzewaniu z wykorzystaniem wolno-obiegowych, sprężonych prądów powietrza mają zastosowanie istotne ograniczenia. Należy także wziąć pod uwagę fakt, że nie jest na ogół znany rodzaj przechowywanych towarów. Nawiewnik wirowy Opcja wykorzystująca wirujący prąd powietrza (Rys. 3b) przysparza nawet większych trudności. Znaczna proporcja ciepłego powietrza zasilającego przeznaczonego dla zajmowanego obszaru wykazuje jedynie niski poziom inercji pionowej. W rezultacie, zakres trajektorii jest dość niski, znacznie niższy niż w przypadku prądów sprężonego powietrza. Z tego powodu, w magazynach wysokiego składowania ogrzewanych za pomocą nawiewników wirowych stosuje się zasadę t L ~ t 0. Innymi słowy, jedynie część półek magazynowych w górnym obszarze magazynu jest napowietrzona. Oby rozszerzyć ogrzewany obszar, konieczne jest zwiększenie wydatku ciepła. Nieuchronnie prowadzi to do nawet wyższych temperatur na poziomie sufitu. To z kolei powoduje przegrzewanie się górnych obszarów regałów magazynowych i skutkuje istotnymi stratami energii z powodu znacznej różnicy temperatury pod dachem. Należy jednak zauważyć, że ten rodzaj dystrybucji powietrza (Rys. 3b) nadaje się dobrze do chłodzenia magazynów. Jest tak ponieważ gęstość powietrza zasilającego w takich przypadkach jest większa niż gęstość powietrza w pomieszczeniu. W rezultacie, powietrze zasilające opada, i krąży równomiernie w zajmowanym obszarze bez powodowania przeciągu. 3/7

4 Wtryskiwacz powietrza Prąd ten charakteryzuje się wysokim poziomem indukcji, co jest potrzebne w celu wydajnego ogrzewania magazynów wysokiego składowania. W tym przypadku, przyjmuje się zdecentralizowany system ogrzewania składający się z kilku modułów wentylacyjnych zasilających różne strefy na terenie budynku. Moduły wentylacyjne są przymocowane do sufitu i wtryskują powietrze w dół do pomieszczenia (w oparciu o zasadę wentylacji obszaru zajmowanego). Nie są wymagane przewody wentylacyjne. Moduły składają się z dwóch komponentów: elementu grzejnego (z wentylatorem i nagrzewnicą) oraz wtryskiwacza powietrza (Rys. 4). Nawiewnik powietrza składa się z dwóch elementów, z których każdy ma przeciwny wpływ na formowanie się prądu powietrza: Połączenie deflektora i dyszy dalekiego zasięgu odpowiedzialnej za tworzenie strumienia powietrza zasilającego o maksymalnym możliwym obszarze zasięgu; Urządzenie wirowe obracające prąd powietrza zwiększając w ten sposób kąt rozproszenia (indukcja) prądu powietrza. Wtryskiwacz powietrza działa w oparciu o następującą zasadę: powietrze zasilające jest odbijane od deflektora w kształcie dysku, a następnie prowadzone wzdłuż łopatek urządzenia wirowego i przez dyszę wyjściową do wewnątrz pomieszczenia. Deflektor odgrywa istotną rolę zapewnia wysoki poziom indukcji wykorzystując podciśnienie u podstawy prądu powietrza. Prowadzi to do utworzenia długiego, sprężonego strumienia powietrza na początku prądu. Kąt rozproszenia wynosi tu prawie 0 (w przeciwieństwie do wartości 11, jaka charakteryzuje wolno-obiegowe sprężone prądy powietrza). Rys. 4: Przekrój zdecentralizowanego modułu ogrzewania powietrza z wtryskiwaczem powietrza 4/7

5 W zależności od kąta wydmuchu, łopatki obracają prąd powietrza. Jednakże, z powodu podciśnienia na początku prądu, nie ma to praktycznie żadnego efektu. Jednakże, im dalej powietrze oddala się od dyszy dalekiego zasięgu, tym mniejszy wpływ strefy podciśnienia. Rotacja następnie rozprasza prąd powietrza poprzez indukcję powietrza otoczenia. Kształt prądu przypomina odwrócony grzybek z cienką nóżką i dużym kapeluszem. Można w ten sposób osiągnąć duży obszar przy dużej odległości od dyszy. Wysoki poziom indukcji sprawia, że powietrze krąży od górnych regałów magazynowych w kierunku strumienia powietrza. W rezultacie, temperatura w dyszy dalekiego zasięgu może być wysoka bez powodowania przegrzewania obszarów górnych regałów magazynowych (t L << t 0). Możliwe jest zatem wykorzystanie poszczególnych modułów do ogrzewania z większą mocą tj. przy wyższej temperaturze. Po drodze w dół, prąd powietrza zasilającego jest schładzany poprzez indukcję powietrza otoczenia tak, że osiąga wymaganą wartość w momencie dotarcia do zajmowanego obszaru. Regulacja prądu powietrza oparta jest na efekcie wirowym i jest realizowana przez obracające się łopatki: odległość w jakiej dyfuzja przekracza sprężenie różni się w zależności od kąta wydmuchu. Przy kącie wydmuchu α = 0, osiągana jest maksymalna możliwa długość sprężonego strumienia; przy kącie wydmuchu 0 < α < 50, długość zmniejsza się. Bezwzględny limit osiągany jest przy kącie wydmuchu 50, gdy poziomy prąd powietrza rozprasza się na suficie (prąd wirujący). Jest to idealne rozwiązanie, gdy wymagane jest chłodzenie. Wtryskiwacz powietrza do magazynów wysokiego składowania oferuje zatem: Konfigurowalne, jednolite ogrzewanie zajmowanego obszaru bez ryzyka przegrzania obszarów górnych regałów magazynowych Minimalne rozwarstwienie temperatury i, co za tym idzie, niskie straty energii przez dach W przypadku, gdy wymagane jest chłodzenie, idealna dystrybucja powietrza i temperatury poprzez przełączenie na prąd wirowy Optymalne rozwiązanie Po stwierdzeniu, że wtryskiwacze powietrza stanowią najlepsze rozwiązanie dla systemów ogrzewania powietrza w magazynach wysokiego składowania, należy zastanowić się nad rozmiarem i rozmieszczeniem modułów. Rozmiar i ilość modułów Z ekonomicznego punktu widzenia, najlepszą decyzją jest wybór możliwie największego wytwornika ciepła. Jest to też opcja możliwa do założenia, ponieważ nie ma na ogół ograniczenia jeśli chodzi o prędkość powietrza (przeciągi) w magazynach. Jednakże, jeżeli wymagany jest większy komfort, zaleca się instalację kilku mniejszych modułów. 5/7

6 Rozmieszczenie modułów Wymagania dotyczące ciepła w magazynach mogą się znacznie różnić. Konieczne jest zatem odpowiednie rozmieszczenie modułów w różnych strefach magazynu lub, innymi słowy, stworzenie odpowiednich stref kontrolnych. Na dystrybucję powietrza mają wpływ regały magazynowe. Prąd powietrza zasilającego ulega "spłaszczeniu" na długości przejścia między regałami, przez co zasięg obejmuje dłuższą powierzchnię podłogi. Niemniej jednak, nie wszystkie przejścia powinny być wyposażone w moduły, ponieważ każdy nawiewnik zasila także przejścia sąsiednie. Wymaga to zachowania odległości pomiędzy półkami regałów magazynowych, co zasadniczo jest standardową praktyką, ponieważ regały magazynowe wypełnia się tylko do pewnego momentu, aby zapewnić łatwy dostęp do towarów. W związku z powyższym, wystarczająca jest instalacja modułów jedynie w co trzecim przejściu (lub w nawet większych odstępach). Rys. 5: Dystrybucja powietrza z wykorzystaniem wtryskiwaczy powietrza w magazynie wysokiego składowania 6/7

7 Nasze rozważania zawarte w niniejszym artykule, wsparte publikacjami technicznymi i praktycznym doświadczeniem, pokazują, że zdecentralizowane moduły ogrzewania powietrza z wtryskiwaczem powietrza stanowią optymalny system ogrzewania powietrza dla magazynów wysokiego składowania. System tego rodzaju oferuje następujące konkretne zalety: Równomierny rozkład temperatury w wyniku optymalnej dystrybucji powietrza. Pionowy gradient temperatury wynoszący jedynie 0.1 do 0.15 C/m. Zapewnia to prawidłowe wykorzystanie energii do ogrzania zajmowanego obszaru oraz ograniczenie strat energii przez dach. Ograniczenie liczby modułów do minimum a co za tym idzie mniejsze nakłady inwestycyjne osiąga się dzięki dużemu zasięgowi poszczególnych modułów. Nie są wymagane przewody zasilające ani wywiewne. Zasada decentralizacji gwarantuje wysoki poziom niezawodności operacyjnej i możliwość rozbudowy istniejących instalacji. Praktyczne doświadczenie z wtryskiwaczami powietrza potwierdza wysoki poziom opłacalności i wspiera zalecenie rozwiązań tego rodzaju dla systemów ogrzewania powietrza we współczesnych centrach logistycznych. Więcej informacji na temat gotowych rozwiązań dla ha logistycznych l i innych budynków znajdziesz tutaj: 7/7