Poređenje IEH sa vodom i vazduhom

COP sistema IEH (Indirektnog Evaporativnog Hlađenja) koji proizvodi hladnu vodu je 4.6~5.9, što je 1~2 više od sistema koji proizvodi hladan vazduh. Zbog toga je bolja upotreba čilera IEH za proizvodnju hladne vode kojom bi se uklanjala osetna toplota unutrašnjosti prostora od upotrebe EH za proizvodnju hladnog vazduha.

Glavni faktori koji utiču na termičke performanse IEH su izvor sekundarnog vazduha i performanse prenosa mase i toplote unutar procesa.

Kada se kao sekundarni vazduh koristi ulazni svež vazduh, granica hladne vode je ulazna temperatura vlažne sonde, pa tako ulazni vazduh postavlja ograničenja, kao na slikama 1(a) i 2(a).

Kada se kao sekundarni vazduh upotrebi deo napojnog vazduha, uz pogodan odnos sekundarnog i napojnog vazduha, granična temperatura proizvedene hladne vode proizvedene EH je temperatura zasićenja vazduha ulaza, procesi su prikazani na slikama 1(b) i  2(b).

Zatim, kod interno hlađenih sistema IEH, ukršteni proces prenosa toplote se obično koristi i to između primarnog i sekundarnog vazduha. Stoga, temperatura napojnog vazduha ne može dostići graničnu temperaturu zasićenja iz gornjeg pasusa.

Iz tabele 1, vidi se da je proces spoljnog hlađenja IEH sa delom napojnog vazduha kao sekundarnim vazduhom proces sa najvišim termičkim performansama, sa najnižom temperaturom napojnog vazduha i najvećom sposobnošću uklanjanja unutrašnje toplote (2b).

Interno hlađen sistem IEH sa spoljnim vazduhom kao sekundarnim je proces sa najnižim termalnim performansama, sa najvišom temperaturom napojnog vazduha i najmanjom sposobnošću uklanjanja unutrašnje toplote (1a).

Transportne performanse

Za interno hlađene sisteme IEH sa slike 1, rashladni medijum za uklanjanje toplote je vazduh. Za eksterno hlađene sisteme IEH sa slike 2, rashladni medijum za uklanjanje unutrašnje toplote je takođe vazduh. Međutim, za proces sa slike 2(a), vidi se da se sastoji od rashladnog tornja i jedinice za obradu svežeg vazduha, gde se rashladna voda proizvodi a zatim pumpa u jedinicu za obradu svežeg vazduha. Tako se za proces sa slike 2(a), može isprojektovati polucentralizovani sistem, u kome se proizvodi centralizovana rashladna voda u velikom centralnom tornju, a zatim pumpa u više jedinica za obradu svežeg vazduha kako bi se hladio svež vazduh. Dakle, rashladni medijum između rashladnog tornja i jedinica za obradu svežeg vazduha je voda, a za uklanjanje unutrašnje toplote to je vazduh.

Da bi se uklonila ista količina unutrašnje toplote, pošto je specifična toplota vazduha manja od 1/4 specifične toplote vode, maseni protok vazduha je više nego 4 puta veći od protoka vode. Takođe i pad pritiska u vazdušnom kanalu je viši, pa je potrošnja struje ventilatora mnogo veća nego vodene pumpe, i to uvek 4~6 puta. Stoga je bolje kao rashladni medijum izabrati vodu a ne vazduh, što ukazuje na jedan od glavnih nedostataka sistema IEH u poređenju sa IEH čilerima.

U pogledu sposobnosti uklanjanja unutrašnje toplote spoljno hlađeni sistem IEH sa delom napojnog vazduha kao sekundarnim je najbolji sistem, ali rashladni medijum je vazduh što zahteva više prostora za kanale i više struje za ventilatore, pa je primena IEH znatno ograničena.

Princip procesa indirektnog evaporativnog čilera je na slici 3(a).

 

Kao što slika 3 pokazuje indirektni evaporativni čiler se sastoji od kompaktne kule (packing tower), pumpe za vodu i izduvnog ventilatora. Ulazni vazduh u stanju O se prvo hladi do stanja A kroz vazdušni hladnjak, čime temperatura opada a količina vode ostaje stalna. Zatim vazduh iz stanja A ide u kompaktnu kulu sa dna kule i direktnog dodira sa prskajućom vodom sa dna kule, pa se sprovodi kontrastrujni proces prenosa mase i toplote između vazduha i vode u kuli. Posle toga vazduh dolazi u stanje E i izbacuje se van čilera. U isto vreme, na dnu kule se stvara hladna voda, koja se deli na dva toka, jedan veći se pumpa u korisničke izmenjivače toplote za uklanjanje unutrašnje toplote i sam se zagreva na temperaturu tw,r, a drugi manji tok se pumpa u vazdušni hladnjak da bi ohladio ulazni vazduh a sama voda se zagreva do temperature tw,1; dva povratna toka vode se mešaju do temperature tw,sp a zatim prskaju na vrhu kule da bi se ponovo dobila hladna voda temperature tw.

Može se pokazati da kada je odnos ova dva protoka projektovan da bude uparen i da NTU kontrastrujniog vazdušnog hlađenja i NTU kontrastrujnog tornja teži beskonačnom, temperatura proizvedene hladne vode može stići temperaturu zasićenja (Jiang and Xie 2010). Na taj način, upotrebom indirektnog evaporativnog čilera gde je rashladni medijum voda granična temperatura hladne vode je temperatura tačke zasićenja. Električna potrošnja transporta je mnogo niža nego kod IEH sa vazduhom kao rashladnim medijumom.

Iz samog procesa hlađenja može se jasno videti razlika indirektnog evaporativnog čilera i najboljeg IEH posle tansformacije najboljeg IEH sa slike 4.

Najbolji sistem IEH sa slike 2(b), može se lako transformisati u proces sa slike 4.

Sa slike 4, jasno se vidi da se najbolji transformisani sistem IEH sastoji od indirektnog evaporativnog čilera i spoljašnjeg vazdušnog sistema hlađenja. Za sistem indirektnog evaporativnog čilera može se nacrtati proces kao na slici 5, koji se sastoji od jednog indirektnog evaporativnog čilera i spoljnog vazdušnog hladnjaka. Dakle, najbolje IEH vazduhom je da hladi spoljašnji vazduh, a najbolji vazdušni sistem je onaj što hladi unutrašnji vazduh. Stoga su benefiti sistema indirektnog evaporativnog čilera očiti u poređenju sa najboljim sistemom IEH:

(1) Da bi se hladio unutrašnji vazduh a ne spoljašnji i dobila ista temperatura, potreban je manji izmenjivač toplote.

(2) Ukupna proizvedena rashladna energija indirektnog evaporativnog čilera je znatno smanjena, a površina za prenos mase i toplote može se takođe smanjiti.

(3) Rashladni medijum je hladna voda i može se transportovati do potrebnih tačaka uz znatno manju potrošnju električne energije.

(4) Unutrašnji priključci mogu biti fan koili, što pruža dodatnu fleksibilnost u poređenju sa vazdušnim kanalima.