Hűtővíz Hőmérséklet Csökkentése: Módszerek és Megoldások
Az utóbbi időben egyre gyakoribbak a kiugróan magas külső hőmérsékletek a hűtési idényben, ami komoly kihívások elé állítja a hűtő- és klímaberendezéseket. Nem csak az élőlényeket teszi próbára, hanem a hűtő és klímaberendezéseket is.
A kiugróan magas külső hőmérséklet nem csak túlterheli a hűtőberendezések egyes elemeit illetve a villamos hálózatot, hanem igen gyakran gépleállásokhoz is vezet. Ennek több oka van. Egyrészt a berendezések nagy része már nem a tervezéskori munkaponton üzemel, köszönhetően annak, hogy az utóbbi időkben az épületek fajlagos hőterhelése komoly mértékben növekedett. Emiatt az eredetihez képest magasabb kondenzációs nyomáson kell a hűtőkör üzemeljen, amely teljesítménycsökkenést jelent.
Másrészt a berendezések elszennyeződése (fouling) az idő multával jelentős mértékű, így a beépített hőcserélőknek (vízoldali, ill. légoldali) és ezzel a hűtőberendezésnek az újkori állapotához képest csökken a teljesítménye. Tehát a teljesítménycsökkenés minimum két tényezőből adódik.
A legfőbb üzemeltetési probléma, mégsem a teljesítménycsökkenés hanem, hogy a berendezés pont akkor áll le, amikor a legnagyobb szükség lenne rá, veszélyeztetve ez által az adott épületben lévő folyamatokat.
Csináld magad autó hűtőrendszer öblítés | Tippek az AUTODOC-tól
Természetesen a leleményes üzemeltetők rájöttek arra, hogy ilyen extrém melegben fel kell küldeni egy karbantartót vagy gondnokot a tetőre, hogy locsolja vízzel a kondenzátort, ezáltal növelve meg a hűtőberendezés hűtését. Ez a megoldás természetesen sok szempontból nem megfelelő. Pl. nincs vízvételi lehetőség a tetőn, a kemény víztől lerakódások keletkeznek a finom lamellázaton. Oda is spriccelődik víz ahova nem kellene, ezáltal veszélyeztetve a berendezés elektromos alkatrészeit és a locsolást végző ember életét egyszerre. De sokszor nincs is mindenhol felküldhető ember, vagy ha van, akkor egy ilyen műszak igen drága. Ezeken kívül legalább három-ötszörös a vízfelhasználás, a termodinamikailag minimálisan szükségeshez képest, köszönhetően a szabályozatlan „humán hűtőtorony üzemnek”.
Megoldások a Hűtési Problémákra
A problémát többféleképpen meg lehet oldani. Például ha nem a szokásos 35°C, hanem magasabb külső hőmérsékletre választjuk ki a folyadékhűtőt. Megjegyzendő, hogy az üzemidő nagy részében így is kihasználatlan a kapacitás és mind energetikailag, mind gazdaságilag, mind műszakilag erősen behatárolt egy adott épület esetében a berendezés növelésének lehetősége. Gondoljunk csak a beszerzési és üzemeltetési költségekre, az elektromos betáp igény növekedésre, illetve a hidraulikai és a statikai kérdésekre.
A Thermocold gyár, nemzetközi szabadalom által védett megoldást ajánl a problémára mely, a kondenzátorból kilépő, folyadék halmazállapotú hűtőközeg túlhűtésével (subcooling) növeli a hűtési teljesítményt, a betáplált elektromos teljesítmény növelése nélkül. Ez az u.n.
Amint az 1. ábrán is látható, egy adott hűtőkörön minél nagyobb az utóhűtés, annál nagyobb a hűtési teljesítmény úgy, hogy a kompressziós munka változatlan. Az 1. táblázatban, a szokásos kiválasztás van összehasonlítva másik három, HSC-t alkalmazó hűtőkörrel. Három hatás figyelhető meg.
Az elsőnél a terhelést nem növelve a COP lesz sokkal jobb, mivel a szállított hűtőközeg fajtérfogata jóval kisebb, köszönhetően a jóval alacsonyabb gőztartalomnak (x5), ami az elpárologtató előtt jellemzi a hűtőközeget. Így kevesebb freon szállításával is tartható a teljesítmény.
A másodiknál a külső hőmérséklet 10°C-os növekedése mellett nő a teljesítmény is, az eredetivel azonos kompresszor tömegáramnál, de szintén alacsonyabb gőztartalommal. A harmadik esetben a kompresszor ugyanannyi hűtőközeget szállít, ezért a terhelés növelhető kb. 40%-kal.
Alfa Romeo 156 hűtési problémák
A 2. táblázat mutatja R134A és R410A hűtőközegek esetében kapott eredményeket.
(Az elméleti túlhűtés alsó határa (TS2 hőmérséklet) nem lehet alacsonyabb, mint a külső levegő; ha ez 35°C, akkor nem tudjuk elérni a 15°C vagy 20°C-ot, amely biztosítaná az 1. és a 2. Ellenben pl. a 15 °C-os vezetékes víz hidegebb, mint a levegő. Okosan alkalmazva, utóhűtésre fel lehet használni.
A léghűtéses kondenzátor után a hűtőkörbe van helyezve egy további hűtőközeg-víz hőcserélő. A mikroprocesszor által vezérelt szabályozó szelepre van kötve a vízvezeték, amely a hűtőteljesítmény szinten tartása érdekében növeli az utóhűtést. A folyékony fázisú hűtőközeget 55°C-ról (körülbelül a 40 ° C-nak megfelelő kültéri levegő hőmérséklethez tartozó kondenzációs hőmérséklet) lehűtjük 20°C-ra.
A fő előnye, hogy a HSC rendszer összhangban áll a folyadékhűtő kiválasztási kritériumaival. Egy léghűtéses hűtőegység kiválasztása mindig kompromisszumot jelent.
Kompromisszum: a hűtőberendezés szükséges teljesítménye egy adott külső hőmérséklet figyelembe vételével, (35°C) van kiválasztva. Alacsonyabb hőmérsékleteken, a rendelkezésre álló teljesítmény mindig több mint a tervezési állapotban.
HIBRID UTÓHÛTÉSSEL, ahogy a neve is mutatja, drámaian megváltozhatnak a peremfeltételek. Léghűtéssel a hűtőközeg kondenzál, de egy adott hőmérsékleten túl, az utóhűtés csak egy vizes hőcserélőben tud megvalósulni. Ezért a kiválasztási logika megváltozhat. Kiválasztást lehet alacsonyabb hőmérsékletre is megejteni, például 30°C-ra. Ennél magasabb hőmérsékleten a HSC utóhűtés aktiválódik és a hűtőegység pontosan képes biztosítani a rendszer által megkövetelt teljesítményt, a hűtővíz pontos adagolásával.
Nagy előnye a HSC-nek, hogy választhatunk kisebb berendezést: például, ha 240 kW-ra van szükség, 35°C külső levegő mellett, HSC-vel elég kiválasztani egy 180 kW-os hűtőegységet.
A HSC, hűtés ugyan vizet használ, de a fogyasztás rendkívül korlátozott. A vízszükséglet összevethető egy hűtőtorony vízfogyasztásával (kb.
Természetesen vezetékes víz helyett, lehetséges talajvizet is használni. Nyilvánvaló, hogy ha lehetséges felszín alatti vizeket használni a kondenzátor hűtésére, akkor jobb vízhűtéses folyadékhűtőt alkalmazni, de csak abban az esetben, ha a kút vízhozama elegendő ehhez. Ellenben ha kevesebb, HSC-hoz még akkor is elegendő lehet.
Egy példa világossá teszi a különbséget. Ahhoz, hogy 100 kW teljesítményű vízhűtéses kondenzátor megfelelően működjék a hűtővíz oldali hőfoklépcső pl. 15/45°C kell legyen. A szükséges térfogatáram kb. 2900 liter/óra, míg a HSC csak 1000 liter/órát igényel.
A HIBRID UTÓHÛTÉSSEL felszerelt gépeket a Thermocold Domino sorozatából lehet tervezni.
Hőszivattyúk és a Dérképződés Megakadályozása
A levegő hőforrású hőszivattyús fűtési rendszerek terjedése hazánkban töretlen, köszönhetően a rendszer alacsony árának és egyszerű telepítésének. Energetikai szempontból azonban a levegő hőforrásnak van kevésbé ismert előnye, és jobban ismert hátránya.
Előnye, hogy a berendezés képes a levegő vízgőz tartalmának latens hőjét is hasznosítani. Ez azt eredményezi, hogy a levegő lehűlése a hőcserélőn kisebb lesz, ami előnyösen hat a teljesítmény tényezőre, COP (Coefficient Of Performance).
Hátránya, hogy a kondenzálódó vízgőz bizonyos körülmények között dérréteget képez a hőcserélőn, ami jelentősen rontja a berendezés hatásfokát. Ezt elkerülendő, a berendezés időszakosan leolvasztási ciklusokat végez, amelynek eredménye a dér réteg megszűnése mellett a járulékos energiafogyasztás megnövekedése és az átlagos teljesítmény csökkenése. A dérréteg kialakulásának megakadályozására illetőleg eltávolítására számos módszer áll rendelkezésre.
Hazánkban a hőszivattyús fűtési rendszerek térhódítása különösen az újépítésű ingatlanok esetében figyelhető meg, aminek több oka is lehet: Egyrészről szigorodtak az épületenergetikai előírások, így egy újépítésű épület hőigénye kellően alacsony ahhoz, hogy a hőszivattyús fűtési rendszer jelentős többletköltség nélkül kiépíthető legyen.
További érvek szólnak meglevő fűtési rendszerek korszerűsítése esetén a földgáz üzemű hőtermelők kiváltása mellett: nincs szükség új égéstermék-elvezető rendszer kiépítésére, megfelelő hőleadók alkalmazásával a nyári hűtési igények is kiszolgálhatók, és a rendszer üzemeltetési költsége is kedvezőbben alakulhat.
A kis teljesítmény tartományban észszerűnek mutatkozik a levegő hőforrás alkalmazása, hiszen nem bonyolítja és drágítja a kivitelezést a víz hőforrás hasznosításához szükséges talajkollektor, talajszonda vagy víznyerő kút kiépítése.
Természetesen a levegő hőforrás alkalmazásának több hátránya is van, ilyen lehet például magának a kültéri egységnek a létezése, hiszen azt megfelelően el kell tudni helyezni a levegő áramlási rövidzár elkerüléséhez, és a ventilátorok zajterhelése megzavarhat más lakókat.
Sajnos még mindig látni olyan telepítéseket, ahol a kukatárolóban (vagy mellette), 3-4 oldalról zárt, szűk helyre építik be a kültéri egységet esztétikai vagy helykihasználási szempontok alapján.
A hibás telepítési körülmények fokozhatják a levegő hőforrás legjelentősebb hátrányát: az elpárologtatón gyorsabban képződhet dér, amelynek eltávolítása ezáltal többlet energiaigényt és csökkent teljesítményt von maga után.
A tárgyalt hőszivattyúk elpárologtatója lamellázott rézcsövekből álló levegő-hűtőközeg hőcserélő, amelynek működését és modellezési lehetőségeit korábban már vizsgálták.
A hűtőközeg a csövekben elpárolog, a hő a lamellákon keresztül a levegőből a csövek belseje felé áramlik. Ebből következően a csövek belsejében üzemszerűen mindig a beáramló levegőnél alacsonyabb hőmérséklet uralkodik. Amennyiben a lamellák hőmérséklete valamely okból eléri a fagypontot, úgy rajta dér keletkezhet, illetőleg a korábban kondenzálódott víz megfagyhat.
Dér képződés esetén a folyékony halmazállapot kimaradásával történik a fagyott réteg kialakulása, azonban hőszivattyúk esetén előfordulhat, hogy először víz kondenzálódik a lamellákon, majd ez változatos szerkezetű jéggé fagy.
Alacsony külső hőmérséklet esetén a dérképződés csökken, hiszen a levegő hőmérsékletének csökkenésével annak abszolút nedvességtartalma is jelentősen lecsökken. A jelenség előnye, hogy izoterm hőelvonást tesz lehetővé a légkörből, melynek mértéke jelentős lehet, hátránya ugyanakkor, hogy dérképződés esetén a lamellák közötti keresztmetszet lecsökken, ezáltal csökken a légáramlás.
Ráadásul a dérréteg szigetelőként viselkedik, ezzel növeli a hőmérséklet-különbséget a hőcserélő két oldalán, vagyis csökkenti az elpárolgási hőmérsékletet, ezen keresztül az elpárolgási nyomást, végső soron pedig a COP-t.
Módszerek a Dérképződés Megakadályozására
Számos módszer létezik a dérképződés megakadályozására, illetve eltávolítására:
- Hidrofób bevonatok: Ebben az esetben a hőátadó felületre hidrofób festéket visznek fel, amihez a vízcseppek kisebb felületen kötődnek, következésképp javul a leolvasztás hatékonysága.
- Rezgés alkalmazása: Az egyik legegyszerűbb eljárás a rezgés felhasználása a deresedés (fagyott réteg képződés) megakadályozására.
- Ultrahangos rezgéstechnika: Nagyfrekvenciás ultrahangos rezgéstechnikával a dérréteg jelentős csökkenése érhető el.
Hőszivattyúk tekintetében szinte kizárólag az úgynevezett „meleggázos” leolvasztási eljárás terjedt el. Bonyolult és viszonylag költséges a kialakítása, de a leolvasztás hatékonysága jobb, mint pl. a villamos fűtőszállal történő leolvasztás esetében, mivel a forró gáz az egész csőhálózaton végigáramlik, így a hőcserélő teljes felületét fel tudja melegíteni.
Ebben az elrendezésben a meleg hűtőközeg gőz áramlásának iránya ellentétes a normál működéssel, ezért gyakorta fordított ciklusú forró gázos leolvasztásnak is nevezik, elsősorban a nemzetközi szakirodalomban.
Leolvasztási Ciklusok Indítása
Nehéz egyértelmű választ adni a kérdésre: mikor kezdődjön a leolvasztási ciklus? Több szempontból is kereshető optimum, továbbá figyelembe kell venni a műszaki és gyakorlati megvalósíthatóság, alkalmazhatóság korlátait is.
- Időalapú leolvasztás: A leolvasztást egy előre beállított időzítő kezdeményezi. Egyszerű, de energetikai szempontból kevésbé hatékony.
- Igényalapú leolvasztás: A leolvasztást csak szükség esetén kezdik meg, vagyis amikor a deresedés jelentős negatív hatással van a hőszivattyú teljesítményére.
A hőszivattyúk optimális leolvasztási kezdő-időpontjának előrejelzéséhez egy többváltozós, nemlineáris modellt fejlesztettek tovább, amellyel közvetlenül és egyszerűen meghatározhatjuk az indítás időpontját a környezeti jellemzők ismeretében.
A szakirodalmi áttekintés során lényegesen kevesebb publikációt találtam a leolvasztási ciklus optimális befejezésével kapcsolatosan, mint az indításra vonatkozóan. Ezek közül egyet, a leginkább kézenfekvő és elterjedt módszert ismertetek részletesen. Bizonyos kutatók arra a megállapításra jutottak, hogy az elpárologtató teljes körű leolvasztásához a csőkígyó hőmérsékletét 20…25 °C közé, optimálisan 22 °C-ra kell emelni a ciklus végéig.
Kutatásaim során arra jutottam, hogy a hőszivattyúk elpárologtatóinak leolvasztására, illetőleg eljegesedésük megelőzésére számtalan, olykor egészen különleges eljárással kísérleteztek már. Az elpárologtató jegesedésével kapcsolatosan végzett kutatásaim során a szakirodalomban talált megállapításokkal jól egyező eredményeket értem el.
tags: #hűtővíz #hőmérséklet #csökkentése #módszerek