Adiabatické chladenie vzduchu: princípy, výhody a aplikácie

V posledných rokoch čelíme v Českej a Slovenskej republike výrazným klimatickým zmenám, ktoré sa prejavujú predovšetkým trvalým otepľovaním. Od roku 1991 sa priemerná ročná teplota zvyšuje o približne 0,04 °C. Extrémne letné teploty síce môžu byť príjemné pre pobyt pri vode, ale zároveň spôsobujú tzv. „stres z tepla“, ktorý sa prejavuje už pri teplote od 27 °C. Tento jav negatívne ovplyvňuje produktivitu práce, spôsobuje ospalosť, celkovú únavu a ďalšie zdravotné ťažkosti.

Tradičné klimatizačné jednotky, ktoré využívajú kompresor so štvorfázovým obehom chladiva, majú oproti tomu svoje nevýhody. Tieto nevýhody rieši špecifický typ chladenia, známe ako adiabatické chladenie, ktoré je určené predovšetkým na znižovanie teploty vo veľkých priestoroch, ako sú pracovné haly.

Princíp adiabatického chladenia

Adiabatické chladenie funguje na základe premeny citeľného tepla na teplo latentné. Tento proces je založený na evaporácii (odparovaní) cirkulujúcej vody na špeciálnej vložke. Teplý vzduch pri prechode cez túto vlhkú vložku sa ochladzuje, pretože odparujúca sa voda absorbuje teplo zo vzduchu.

Celý proces adiabatického chladenia je priamo závislý od teploty vstupujúceho vzduchu do jednotky a jeho relatívnej vlhkosti. Efektívnejšie ochladzovanie vystupujúceho vzduchu je dosiahnuté pri vyššej teplote vstupujúceho vzduchu a jeho nižšej relatívnej vlhkosti.

Zjednodušene povedané, adiabatické chladenie je proces založený na zmene tlaku vzduchu pri zväčšovaní jeho objemu. V prírode tento jav pozorujeme napríklad pri vzniku oblakov: zohriata vzduchová masa sa rozťahuje, znižuje svoju hustotu a stúpa nahor.

Prvé zariadenie založené na adiabatickom princípe navrhol už v 16. storočí Leonardo da Vinci. Išlo o koleso, ktoré sa ponáralo do prúdiacej vody. Clive Longbottom pre portál Techtarget.com píše: „Adiabatické chladenie, často nazývané i odparovacie chladenie či záplavové chladenie, využíva vysoké teploty proti nim samým. Zmena v objeme plynu znižuje teplotu: ako sa plyn rozťahuje, prijíma teplo.“

V praxi je základom chladiacich zariadení tohto druhu odparovacie médium, ktoré je napustené vodou s dostatočne veľkým povrchom. Teplý, ale suchý vonkajší vzduch pri prúdení cez toto médium absorbuje odparovanú vodnú paru a opúšťa zariadenie ochladený.

Evaporácia - základný mechanizmus

Evaporácia, teda odparovanie, je najprirodzenejšou a najekologickejšou formou chladenia. Pri adiabatickom chladení sa čerstvý, filtrovaný a čistý vonkajší vzduch ochladzuje pomocou odparovania vody, ktorá na tento proces potrebuje teplo. Týmto spôsobom sa podstatne zlepšuje kvalita vzduchu v priestore, pretože sa na rozdiel od mechanického chladenia nerecykluje teplý znečistený vnútorný vzduch.

Odparovanie a tým ochladzovanie využívame v bežnom živote často bez toho, aby sme si to uvedomovali. Naša pokožka sa ochladzuje potením - pot odvádza z tela teplo. Podobný princíp funguje aj pri namočení trička v horúcom dni; odparujúca sa voda z látky ochladzuje povrch tela.

Chladiče vzduchu sú navrhnuté tak, aby pomocou vyparovania, ktoré absorbuje teplo, dostatočne chladili a zvlhčovali vzduch v priestore. Obežné čerpadlo udržiava filtre trvalo nasiaknuté studenou vodou. Teplý vzduch prechádza vlhkou stenou filtra, pričom sa časť vody prirodzene odparí, vzduch sa ochladí a dochádza k premene kvapalného skupenstva vody na plynné (paru).

Výhody adiabatického chladenia

Adiabatické chladenie ponúka oproti tradičným klimatizačným systémom celý rad výhod:

• Energetická účinnosť a úspory: V horúcich dňoch sa spotreba adiabatického chladenia sotva zvyšuje a na rozdiel od mechanického chladenia neexistuje vysoký špičkový výkon. Adiabatické chladenie dokáže vyrobiť až 40 kW chladiaceho výkonu z 1 kW elektriny. Energetická účinnosť je až 10-násobne vyššia v porovnaní s tradičnými chladiacimi systémami, čo umožňuje značné úspory v prevádzkových nákladoch. Podľa štúdií spotrebuje adiabatické chladenie o 80 % menej energie ako klimatizácia, čo vedie k značným úsporám energií a nákladov. Okrem toho produkuje menej emisií CO2 a iných skleníkových plynov, čo je priaznivé pre životné prostredie.
• Vysoká kvalita vzduchu: Pri adiabatickom chladení sa používa 100 % čerstvý, filtrovaný a čistý vonkajší vzduch, čím sa podstatne zlepšuje kvalita vzduchu.
• Nízke prevádzkové náklady a údržba: Systémy nevyužívajú žiadne chemikálie ani chladivá, čo znižuje náklady na údržbu.
• Rýchle a účinné chladenie: Vďaka vysokotlakovému vstrekovaniu vodnej hmly do vzduchu dochádza k rýchlemu chladeniu.
• Ekologickosť: Systém nevyužíva žiadne chemikálie ani chladivá, čím je šetrný k životnému prostrediu.
• Nezávislosť od vonkajšej teploty: Na rozdiel od tradičných klimatizačných jednotiek, ktoré môžu v najteplejších dňoch zlyhať alebo mať nízky chladiaci výkon, sa pri adiabatickom chladení výkon zvyšuje s rastúcou teplotou vzduchu. Čím teplejší a suchší je vonkajší vzduch, tým rýchlejšie sa voda odparuje a tým viac tepla je odvádzaného zo vzduchu.

Adiabatické chladenie a riziko Legionelly

V súvislosti s adiabatickým chladením sa často kladie otázka rizika kontaminácie baktériou Legionella. V nasávanom vzduchu nie sú prítomné žiadne aerosóly, pretože produkty sú založené na kontaktnom zvlhčovaní. Vzduch prúdi pozdĺž vlhkého povrchu, kde sa odparuje iba čistá voda. Vďaka tomu je riziko kontaminácie minimálne.

Typy adiabatického chladenia

Existuje viacero typov adiabatického chladenia, ktoré sa líšia spôsobom kontaktu vzduchu s vodou:

• Priame adiabatické chladenie: V tomto prípade dochádza k priamemu kontaktu medzi vodou a prúdom vzduchu, ktorý sa má ochladiť. Voda sa odparuje priamo do prúdiaceho vzduchu, čím sa dá vzduch ochladiť o 10 až 15 stupňov Celzia.
• Nepriame adiabatické chladenie: Používa sa výmenník tepla, ktorý je chladený vodou ochladenou adiabatickým princípom. Vzduch sa následne schladzuje pri prechode výmenníkom.
• Dvojstupňové chladenie: Tento proces umožňuje ochladiť vzduch na oveľa nižšiu teplotu bez výrazného nárastu vlhkosti v chladených priestoroch.

Systémy ako napríklad IntrCooll od spoločnosti Oxycom predstavujú vysoko efektívne adiabatické chladiace systémy pre priemysel, ktoré umožňujú chladiť veľké priestory s minimálnymi nákladmi na energiu.

Kde je vhodné použiť adiabatické chladiče?

Adiabatické chladenie je ideálne pre použitie v oblastiach s teplým a suchým vzduchom. Čím vyššia je teplota a čím nižšia je vlhkosť vzduchu, tým je adiabatické chladenie účinnejšie. Vzhľadom na klimatické zmeny a postupné otepľovanie sa stáva populárnym aj v strednej Európe.

Je vhodné predovšetkým pre:

• Výrobné haly
• Sklady
• Dielne
• Otvorené priestory

V mnohých prípadoch je žiadaným efektom aj prirodzené zvlhčenie vzduchu, ktoré adiabatické chladenie prináša. V niektorých prevádzkach to však môže byť problém, preto tento systém nie je vhodný do všetkých priestorov.

Adiabatické chladenie vs. klasická klimatizácia

Pri porovnaní adiabatických systémov a klasickej klimatizácie pre chladenie rovnakého priestoru sú zvyčajne obstarávacie náklady adiabatických systémov nižšie. Najväčšia úspora sa však prejavuje v prevádzkových nákladoch, keďže spotreba elektrickej energie je podstatne nižšia ako pri kompresorových klimatizáciách. Pri adiabatických systémoch je možné získať z 1 kW elektrickej energie približne 30 kW chladiaceho výkonu.

Ďalšou významnou výhodou je, že tieto systémy nepotrebujú žiadne chladivo, neobsahujú skleníkové plyny a sú preto ekologickejšie.

Nevýhodou adiabatických systémov je, že nejde o presné chladenie. Výkon a efektivita chladenia závisí od teploty a vlhkosti vonkajšieho vzduchu. Pri vonkajšej teplote 35 °C a vlhkosti 30 %RH dochádza k ochladeniu vzduchu o 10 až 12 °C.

V ponuke spoločnosti 4heat sú aktuálne dva modely radu EUCOLD s označením HPA19 a HTA30. Technické špecifikácie a bližšie informácie o systémoch adiabatického chladenia možno nájsť na webe 4heat.cz/adiabaticke-chlazeni-eucold, dopytový formulár je k dispozícii na stránke 4heat.cz/eucold.

tags: #adiabaticke #chladenie #vzduchu