1. Dostępność wody 2. Temperatura 3. Skład chemiczny

dr inŜ. Michał Michałkiewicz
ELMAK Zakład Automatyki
Dobry klimat dla pieczarek, cd.
Chłodzenie wodą studzienną.
Utrzymanie właściwej temperatury w hali uprawowej, a w szczególności niedopuszczenie
do jej niekontrolowanego wzrostu, naleŜy do podstawowych zadań urządzeń klimatyzacyjnych.
Powietrze, przechodząc przez wymiennik zasilany mieszanką wodno-glikolową o temperaturze
5-7 OC, oddaje ciepło do czynnika chłodniczego, a jego temperatura obniŜa się. Na skutek
kontaktu z ciepłym powietrzem krąŜący w obiegu zamkniętym glikol podgrzewa się do 9-12 OC,
a następnie jest ponownie oziębiany w agregacie chłodniczym do 5-7 OC. Zasilanie spręŜarek
i wentylatorów agregatu chłodniczego to najwaŜniejsza pozycja w wydatkach na energię
elektryczną. Poszukuje się więc sposobów na ograniczenie kosztów chłodzenia hal uprawowych.
Jednym z nich jest uŜycie wody ze studni głębinowych jako źródła „chłodu”.
Na pierwszy rzut oka woda studzienna wydaje się być bardzo dobrym źródłem energii
chłodniczej. Umiarkowany koszt inwestycji oraz pracująca w sposób ciągły pompa o mocy
zaledwie kilku-kilkunastu (rzadziej kilkudziesięciu) kilowatów zachęcają do wyboru takiego
systemu chłodzenia. Są jednak ograniczenia i przeciwwskazania, które koniecznie naleŜy wziąć
pod uwagę.
1. Dostępność wody
W pierwszej kolejności potrzebne jest dobrze udokumentowane źródło wody. Zwykle
ilość wody studziennej niezbędna dla właściwego działania klimatyzacji jest znacznie większa
(czasem kilkakrotnie) niŜ w równowaŜnym układzie z agregatem chłodniczym. Przez dostępność
naleŜy rozumieć tu nie tylko moŜliwość pozyskania wody ale równieŜ moŜliwość jej zrzutu
po przejściu przez chłodnice. Doświadczenie pokazuje, Ŝe wszelkie zasobniki nieprzepływowe
jak baseny, stawy, itp. nie są w stanie przyjąć dostatecznej ilości wody i szybko ulegają
przepełnieniu. W sprzyjających warunkach geologicznych moŜliwe jest wykonanie wraz
ze studnią głębinową dodatkowego odwiertu dla wody zrzucanej. PoniewaŜ jednak zdolność
przyjmowania wody przez studnię zrzutową z biegiem czasu maleje, trzeba liczyć się
z koniecznością wykonywania kolejnych odwiertów. Najlepszym rozwiązaniem jest
poprowadzenie wody zrzutowej do rzeki, strumienia lub kanału melioracyjnego (z zachowaniem
obowiązujących przepisów prawa wodnego).
2. Temperatura
Niezwykle waŜna jest temperatura wody. Z powodu małej róŜnicy temperatury między
powietrzem a wodą intensywność wymiany ciepła jest ograniczona. WyŜsza temperatura wody
musi być kompensowana zwiększonym jej przepływem. KaŜdy stopień więcej powoduje istotny
wzrost niezbędnego przepływu, np. jeŜeli hala wymaga odbioru 100kW ciepła, to, dysponując
wodą o temperaturze 6OC, musimy przetłaczać przez chłodnicę ok. 14m3/godz., ale juŜ przy 8 OC
i tym samym wymienniku jest to 25m3/godz.! Przy okazji warto policzyć ile wody potrzeba
do chłodzenia 10 czy 20 hal.
3. Skład chemiczny
Przed decyzją o uŜyciu wody studziennej dobrze jest sprawdzić zawartość róŜnych
składników, które mogą odkładać się na ściankach rurek wymienników ciepła lub powodować
korozję. Osady w postaci szlamu lub litej warstwy stanowią izolację i powodują pogorszenie
wymiany ciepła, a zmniejszenie czynnego przekroju rurek utrudnia i w efekcie zmniejsza
przepływ wody. W rezultacie moc chłodnicy szybko staje się znacznie mniejsza od nominalnej.
Przywrócenie normalnej wydajności wymaga usunięcia osadu. Czasem wystarcza do tego silny
1
strumień wody, częściej, gdy skład i konsystencja osadu przypomina kamień kotłowy, potrzebne
jest uŜycie środków chemicznych.
Uzdatnianie wody poprzez jej zmiękczanie i odŜelazianie wymagałoby duŜych,
kosztownych instalacji. Trzeba pamiętać, Ŝe chodzi o rzeczywiście duŜe ilości wody. Techniki
stosowane przy uzdatnianiu wody dla kotłów parowych mają małe szanse zastosowania.
Dla porównania hala, która do chłodzenia wymaga ok. 20m3 zimnej wody na godzinę, w czasie
„gotowania” potrzebuje do zasilania kotła parowego tylko ok. 0,5m3 wody na godzinę, a więc
40 razy mniej! Prócz tego w czasie procesu uzdatniania temperatura wody nieco się podnosi,
a 1-2 OC więcej to znaczny spadek skuteczności chłodzenia.
4. Warunki zimowe
Decydując się na chłodzenie wodą studzienną, musimy zdawać sobie sprawę z tego,
Ŝe jest to rozwiązanie na lato i mroźną zimę. Latem im więcej wody mamy do dyspozycji i im
niŜsza jest jej temperatura tym lepiej. Zimą powietrze zwykle jest mroźne i suche. Rzadko
występują warunki, kiedy niezbędne jest chłodzenie, więc wodę moŜna z instalacji spuścić.
Potwierdza to praktykowane w niektórych pieczarkarniach wyłączanie chillera na czas mrozów.
Najtrudniejsza sytuacja ma miejsce w okresach przejściowych, tj. wiosną i jesienią, kiedy okresy
wysokiej temperatury i wilgotności wymagające intensywnego chłodzenia przeplatają się
z przymrozkami lub mrozami groŜącymi uszkodzeniem instalacji napełnionej wodą. Niełatwo
tu znaleźć właściwe rozwiązanie.
5. OdwilŜanie
W procesie obróbki powietrza często zachodzi potrzeba chłodzenia powietrza
do temperatury niŜszej niŜ wynika to z poŜądanej temperatury w pomieszczeniu uprawowym.
Osiągnięcie efektu osuszania wymaga schłodzenia powietrza poniŜej punktu rosy i następnie
odpowiedniego podgrzania go przed wprowadzeniem do hali. Operacja taka przy uŜyciu wody
studziennej bywa trudna lub czasem, ze względu na zbyt wysoką temperaturę wody, praktycznie
niemoŜliwa do wykonania.
Wnioski
PowyŜsze zestawienie pokazuje, Ŝe wykorzystanie wody ze studni głębinowych
do chłodzenia powietrza w halach uprawowych jest kłopotliwe a poŜądane efekty nie zawsze
moŜliwe do osiągnięcia. Czy oznacza to, Ŝe z chłodzenia wodnego naleŜy zrezygnować?
Wysokie obecnie i wciąŜ rosnące ceny energii elektrycznej dają odpowiedź.
Właściwe uŜycie wody studziennej do chłodzenia wymaga dodatkowych nakładów
inwestycyjnych i podjęcia decyzji juŜ w czasie projektowania central klimatyzacyjnych. Dobre
wyniki uzyskuje się bowiem przez zastosowanie dwóch chłodnic w kaŜdej centrali
klimatyzacyjnej.
2
Rys.1 Centrala klimatyzacyjna z chłodnicą wodną i glikolową (w trakcie montaŜu instalacji)
Powietrze z komory mieszania przechodzi najpierw przez chłodnicę wodną, gdzie zostaje
wstępnie ochłodzone (na tyle, na ile pozwala temperatura i ilość dostępnej wody), a ostateczne
schłodzenie i ewentualnie osuszenie powietrza zgodnie z wymaganiami uprawy następuje
w chłodnicy zasilanej z agregatu wody lodowej. Wykres na rys.2 ilustruje kolejno przemianę
(1-2) zachodzącą na chłodnicy wodnej oraz dalsze chłodzenie połączone z osuszaniem (2-3)
na chłodnicy glikolowej. W przykładowym procesie chłodzenia-osuszania łączna moc dzielona
jest między chłodnice w przybliŜeniu po połowie.
Rys.2 Przykład współdziałania dwóch układów chłodzenia.
3
Do efektywnego wykorzystania takiego zespołu chłodnic niezbędny jest układ sterowania, który
z chłodzenia glikolowego będzie korzystał wtedy, gdy osiągnięcie poŜądanego stanu powietrza
przy pomocy chłodnicy wodnej będzie niemoŜliwe.
Biorąc pod uwagę wskazane ograniczenia, trudno byłoby rekomendować klimatyzację
wykorzystującą do chłodzenia wyłącznie wodę studzienną, natomiast układy łączące obydwa
rodzaje chłodzenia w jednym systemie zapewniają prawidłowe działanie w kaŜdych warunkach,
umoŜliwiając przy tym zmniejszenie zuŜycia energii elektrycznej. WdroŜone i eksploatowane
od kilku lat instalacje tego typu jednoznacznie to potwierdzają.
4