INDIREKTNO EVAPORATIVNO HLAĐENJE

U indirektnom evaporativnom hladnjaku vanjski zrak ili povratni zrak iz klimatiziranogprostora prolazi s jedne strane izmjenjivača topline i taj se zrak (sekundarna struja) hladiishlapljivanjem, a primarna struja zraka (klimatizirani zrak koji se dobavlja u prostor) se hladiosjetno (posredno) preko površina izmjenjivača topline.

Dobavni (primarni) zrak može biti vanjski zrak, optočni zrak iz prostora ili mješavina tihdviju struja. Sekundarni zrak može biti vanjski ili optočni zrak, ovisno o tome koji ima nižutemperaturu vlažnog termometra.Iskoristivost indirektnog evaporativnog hlađenja je povezana sa snižavanjemtemperature vlažnog termometra sekundarnog zraka ispod temperature suhog termometraulaznog primarnog zraka. Izlazna temperatura suhog termometra primarnog zraka uvijek jeiznad ulazne temperature vlažnog termometra sekundarne struje.

Relativna vlažnost sekundarne struje zraka na izlazu iz hladnjaka je oko 95% uz malupromjenu temperature. Sadržaj vlage primarne struje x pri tom ostaje nepromijenjen.Proces ovlaživanja na strani sekundarne struje nije adijabatski zbog izmjene topline sprimarnom strujom kroz stijenke izmjenjivača topline (slika 7).

Slika 7. Indirektno evaporativno hlađenje – process

Porast temperature vlažnog termometra sekundarnog zraka usljed ovlaživanja i izmjenetopline s primarnom strujom kroz stijenke izmjenjivača može se odrediti iz promjene entalpije:

Budući se evaporativno hladi sekundarna struja zraka, a ne primarna, indirektnoevaporativno hlađenje je učinkovito u skoro svim primjenama klimatizacije, neovisno ogeografskoj lokaciji, odnosno klimatskim uvjetima.Kada se evaporativni hladnjak s posrednim ishlapljivanjem ugradi, gledano u smjerustrujanja zraka, ispred konvencionalnog hladnjaka s rashladnom vodom, smanjuje se osjetnoopterečenje hladnjaka i rashladnog sustava. Time se, za postojeći sustav hlađenja iklimatizacije, može povečati ukupna iskoristivost, budući se smanjuju energetske potrebe ipogonski troškovi.Kod ugradnje u novi sustav klimatizacije može se dimenzionirati manji rashladnik, čimese:(1) smanjuje nabavna cijena sustava(2) smanjuju pogonski troškovi i vršna snaga.Indirektno evaporativno hlađenje može smanjiti i ukupno vrijeme trajanja pogonarashladne opreme tijekom godine, jer je u nekim periodima tijekom godine dovoljno samoevaporativno hlađenje.

Učinkovitost indirektnog evaporativnog hlađenja određuje se iz:

t1 – temperatura suhog termometra na ulazu primarnog zraka [ºC]t2 – temperatura suhog termometra na izlazu primarnog zraka [ºC]t0,s – temperatura vlažnog termometra na ulazu sekundarnog zraka [ºC]

Komercijalna oprema za indirektno evaporativno hlađenje nudi se na tržištu u rasponuučinkovitosti od 40 do 80%.Učinak indirektnog evaporativnog hlađenja može se odrediti iz izraza:

Va – protok primarnog zraka kroz evaporativni hladnjak [m3/s]Uobičajena brzina strujanja ohlađenog zraka kroz prolaze u uređaju je od 2 do 5 m/s.Važno je ograničiti brzinu strujanja sekundarnog (vlažnog) zraka zbog sprječavanja odnošenjakapljica vode (pojačani gubici vode).Učinkovitost evaporativnog hladnjaka s posrednim ishlapljivanjem se obično kreće od60% pri padu tlaka na strani primarnog zraka oko 50 Pa, do 80% pri padu tlaka oko 250 Pa.Temeljni element hladnjaka je pločasti izmjenjivač topline s lamelama izraženim odtanke PVC plastike i međusobno razmaknutim 2 do 3 mm. Toplinski otpor lamela vrlo je malizbog njihove male debljine (oko 0.25 mm), iako je toplinska vodljivost plastike niska.

Pad tlaka na strani dobavnog zraka u indirektnim evaporativnim hladnjacima se krećeod 50 do 375 Pa, ovisno o brzinama strujanja u izmjenjivaču topline i razvodnim kanalima. Padtlaka na strani ovlaženog zraka se kreće od 125 do 250 Pa. Omjer volumenskih protokaprimarnog ohlađenog i sekundarnog ovlaženog zraka se mijenja u rasponu od 0.85 do 1.7. Tajomjer je ključni parametar koji utječe na pogonska svojstva i učinkovitost hladnjaka.Osnovni način regulacije rashladnog učinka indirektnog evaporativnog hladnjaka jepromjenom brzine vrtnje ventilatora.

INDIREKTNO-DIREKTNO (DVOSTUPANJSKO) EVAPORATIVNO HLAĐENJE

U dvostupanjskom evaporativnom hladnjaku s posrednim i neposrednimishlapljivanjem, u prvom stupnju se indirektnim evaporativnim hlađenjem smanjuju temperaturesuhog i vlažnog termometra dobavnog zraka. Zatim dobavni zrak u drugom stupnju prolazi krozdirektni evaporativni hladnjak, gdje se dodatno hladi i ovlažuje.Kao primjer, dvostupanjski evaporativni hladnjak može vanjski zrak ulaznog stanjat=34°C i φ=32% dovesti na izlazno stanje t=19.5°C i φ=95%. U djelomičnom toplinskomopterećenju jedan od stupnjeva može se isključiti, prema potrebi.

Slika 10. Indirektno-direktno evaporativno hlađenje – process

Za suhi vanjski okoliš, indirektno-direktno evaporativno hlađenje se obično projektira zadobavu 100% vanjskog zraka u klimatizirane prostore.Kao sekundarni zrak može se koristiti vanjski zrak ili povratni zrak iz građevine, ovisnoo tome koji ima nižu temperaturu vlažnog termometra. Vanjski zrak je uglavnom lakše ohladiti, au slučajevima kada je izlaz istrošenog zraka previše udaljen od mjesta pripreme zraka, vanjskizrak je i jedini izbor. Ako se istrošeni zrak iz zgrade može iskoristiti, time se dobiva mogućnostpovrata topline tijekom hladnog vremena.Elementi sustava kojima se može upravljati uključuju:- Zaklopke za promjenu omjera miješanja vanjskog i optočnog zraka- Sekundarne ventilatore i recirkulacijske pumpe u stupnju indirektnogevaporativnog hlađenja- Recirkulacijske pumpe u stupnju direktnog evaporativnog hlađenja- čelne i obilazne zaklopke u kanalima u stupnju indirektnogevaporativnog hlađenja- Protok rashladne vode ili radne tvari u stupnju konvencionalnoghlađenja- Pojedine distributere ili cijeli sustav s promjenom protoka zrakapomoću VAV ventila, zakretanje lopatica ventilatora ili varijatore brzinevrtnje ventilatora.

U usporedbi s jednostupanjskim indirektnim evaporativnom hladnjakom, dvostupanjskiindirektno-direktni evaporativni hladnjak dodatno smanjuje temperaturu zraka u prostoru. Većarelativna vlažnost ohlađenog dobavnog zraka je uglavnom prihvatljiva kada dobavni zrak

preuzima osjetno toplinsko opterećenje prostora i održava željenu relativnu vlažnost u prostorutijekom ljetnih vrućina.U područjima s visokom projektnom temperaturom vlažnog termometra, odnosno gdjeproračun traži nižu temperaturu dobavnog zraka bude nego što je ostvarivo korištenjemindirektno-direktnog evaporativnog hlađenja, može se ugraditi i treći stupanj hlađenja. Tajstupanj može biti hladnjak s direktnom ekspanzijom ili hladnjak s rashladnom vodom. Tajhladnjak može biti postavljen ispred ili iza direktnog evaporativnog hladnjaka, ali uvijek izaindirektnog evaporativnog hladnjaka (gledano u smjeru strujanja zraka).

Prednosti rashladnog sustava s dvostupanjskim direktno-indirektnim evaporativnimhladnjakom su sljedeće:- evaporativno hlađenje zamjenjuje sav potreban rashladni učinak iodržava unutarnji okoliš u granicama toplinske ugodnosti ljeti (premaASHRAE) ako je stanje vanjskog zraka odgovarajuće.-koristi se više vanjskog zraka za ventilaciju čime se poboljšavakvaliteta unutarnjeg zraka.- u sezoni grijanja moguća je bolja regulacija relativne vlažnostiunutarnjih prostora koja tada može biti vrlo niska.Učinkovitost indirektnog evaporativnog hladnjaka je oko 60%, a učinkovitost zasićenjadirektnog evaporativnog hladnjaka je oko 90%.