TEORIA WIEŻ CHŁODNICZYCH

Wstęp

Wieże chłodnicze i skraplacze wyparne są efektywnymi i ekonomicznymi rozwiązaniami w zakresie odprowadzania ciepła z układów klimatyzacji, chłodzenia i systemów chłodzenia procesów przemysłowych. Są w użyciu już od ponad pół wieku. Ich budowa charakteryzuje się zwartością, pracują stosunkowo cicho, zużywają niewiele energii i zachowują w obiegu ponad 95% wody. Przy zachowaniu podstawowych przepisów BHP i przestrzeganiu instrukcji użytkowania oraz zaleceń wynikających z warunków instalacji, sterowanie pracą wież chłodniczych i skraplaczy wyparnych jest ograniczone do minimum, przy zapewnionej efektywności ich pracy.

Chłodzenie poprzez parowanie jest podstawowym zjawiskiem fizycznym i podlega prostej zasadzie. W wieżach o otwartym obiegu woda, która ma być schłodzona, rozpylana jest na wielkopowierzchniowe systemy rusztów, a w kierunku przeciwbieżnym zasysane lub wtłaczane jest powietrze. Niewielka ilość wody ulega odparowaniu, co powoduje obniżenie temperatury jej pozostałej części. Schłodzona woda opada do zbiornika w dolnej części wieży a ciepło unoszone jest wraz z parą.

Skraplacze wyparne lub inaczej wieże chłodnicze o obiegu zamkniętym wyposażone są w wymiennik cieplny lub wężownicę (zamiast rusztu). Wymiennik, zawierający wodę z obiegu pierwotnego, omywany jest wtryskiwaną na jego zewnętrzną powierzchnię wodą – co powoduje ochładzanie w procesie parowania analogicznym do wież z obiegami otwartymi.

Chłodzenie poprzez odparowywanie łączy w sobie zalety wysokiej sprawności termicznej i ekonomii kosztów przy osiąganiu niskich temperatur chłodzenia i minimalnym wydatku energii i stratach wody. Niskie temperatury chłodzenia są niezbędne dla wielu procesów technologicznych do uzyskania wydajności systemu. Dzięki temu procesy te są mniej energochłonne. Wszystko to składa się na dodatkową korzyść w postaci ochrony zasobów naturalnych i środowiska.

Celem niniejszego opracowania jest wyszczególnienie działań niezbędnych do zachowania sprawności cieplnej układów chłodzących i zapobieżenia rozwojowi potencjalnie groźnych mikroorganizmów, włączając w to bakterie z rodziny Legionella.
Wieże o obiegu otwartym (Rys 1, 2)

fig1 Wstęp
 
Woda po wymienniku cieplnym wprowadzana jest do górnej części wieży i następnie rozpryskiwana na systemie wielkopowierzchniowych rusztów. Jednocześnie z zewnątrz zasysane / tłoczone jest powietrze, dzięki czemu wymusza się odparowanie niewielkiej części wody. Ów proces odparowywania odbiera jednocześnie ciepło z pozostającej w obiegu wody. Schłodzona woda opada do zbiornika położonego w dolnej części wieży, skąd kierowana jest ponownie (w obiegu chłodzącym) do źródła ciepła (wymiennika). Obieg nazywamy otwartym, ponieważ schładzana woda ma bezpośredni kontakt z powietrzem atmosferycznym.
Wieże o obiegu zamkniętym (Rys 3, 4)
 
fig2 Wstęp
 
Ciecz przeznaczona do schłodzenia cyrkuluje wewnątrz rurek lub wężownicy – wymienników cieplnych. Wtórny obieg wodny podaje wodę (w postaci rozpylonych kropelek) na zewnętrzną powierzchnię rurek. Zasysane/tłoczone z zewnątrz powietrze odparowuje pewną część wody obiegu wtórnego. Dzięki temu czynnik roboczy w obiegu pierwotnym ulega ochłodzeniu. Schłodzona woda obiegu wtórnego zbiera się w zbiorniku położonym w dolnej części wieży, skąd następnie powraca do wlotu, gdzie ponownie rozpryskiwana jest na rurki.
Czynnik chłodzący obiegu pierwotnego porusza się wewnątrz zamkniętego systemu rur, stąd nazwa wież „o obiegu zamkniętym”.

Istota działania skraplacza wyparnego oparta jest na dokładnie tej samej zasadzie zmiany fazy; różnica polega na tym, że para zawracana jest do układu za pomocą skraplania w wymienniku.