Seminarski EEM

FAKULTET INŽENJERSKIH NAUKA UNIVERZITETA U KRAGUJEVCU Katedra za energetiku i procesnu tehniku master akademske studije školske 2011/2012

SEMINARSKI RAD IZ PREDMETA ENERGO EKOLOŠKI MENADŽMENT

INDU IN DUS STR TRIJ IJSK SKII SIS SISTE TEMI MI HLAĐENJ NJA A

-ENERGO EKOLOŠKI MENADŽMENT-2

Profesor:

Studenti:

Dr Dušan Gordić, vanr.prof.

Dragiša Nestorović 344/2011 Milan Pavlović 346/2011

Kragujevac, 2012. god.

-ENERGO EKOLOŠKI MENADŽMENT-2

Profesor:

Studenti:

Dr Dušan Gordić, vanr.prof.

Dragiša Nestorović 344/2011 Milan Pavlović 346/2011

Kragujevac, 2012. god.

SADRŽAJ UVOD....................................................................................................................................................3 ............................. .................... .................... ..................................4 ........................4 1. TERMODINAMIČKE OSNOVE HLAĐENJA................... 1.1 Primena hlađenja...................................................................................................................5 1.2 Vrste rashladnih mašina i osnovni elementi ............................................................................6 ............................................................................6

2. VENTILACIJA I KLIMATIZACIJA.................... .............................. .................... .................... ...............................................1 .....................................100 2.1 Sistem za ventilaciju .............................................................................................................10 2.1.1 Tipovi ventilacije .............................................................................................11 2.1.2 Industrijsko odsisavanje ..................................................................................12 2.2 Sistem klimatizacije ..............................................................................................................13 2.2.1 Podela klimatizacionih uređaja prema nameni .................... .............................. ............................17 ..................17 2.2.2. Projektovanje klimatizacije .............................................................................17

3. RASHLADNI SISTEMI U INDUSTRIJI..................................................................................18 .............................. .................... .................... .................... .................... ...............................................20 .....................................20 3.1 Industrijsko hlađenje .................... .............................. .................... .................... .................... ........................................22 ..............................22 3.2 Princip rada rashladnog sistema .................... 3.3 Parno-kompresiono hlađenje................... ............................. .................... .................... .................... ..............................................22 ....................................22 3.4 Parno-absorpciono hlađenje ................... ............................. .................... .................... .................... ...............................................25 .....................................25 3.5 Rashladni agregati za hlađenje vazduha ...............................................................................26 3.6 Čiler .....................................................................................................................................27 .....................................................................................................................................27

.............................. .................... .................... .................... .................... .................... ..................................29 ........................29 3.7 Elementi klima komore....................

4. POVEĆANJE ENERGETSKE EFIKASNOSTI RASHLADNOG RASHLADNOG SISTEMA U INDUSTRIJI.................................................................................................................................32 4.1 Tehnički opis..................... ............................... .................... .................... .................... .................... .................... .................... ......................................32 ............................32 4.2 Toplotno opterećenje............................................................................................................38 4.3 Povećanje energetske efikasnosti sistema ..............................................................................39

ZAKLJUČAK ....................................................................................................................................41 ....................................................................................................................................41

INDUSTRIJSKI SISTEMI HLAÐENJA4

LITERATURA...................................................................................................................................42

UVOD Od svog nastanka čovek je težio da svoje životno okruženje prilagodi sebi. Uslovi životnog okruženja su bili a i ostali osnovni uslov opstanka. Civilizacijski razvoj i unapređenje tehnike prilogađavanja prilogađavanja sredini sredini omogućili omogućili su su nastanjenost nastanjenost ljudske ljudske vrste vrste u gotovo gotovo svim predelima predelima na Zemlji. Zemlji. U modernim uslovima života, sa životnim prostorom koji je sve samo nije prirodan, kao uslov opstanka javila se potreba za održavanjem pomenutih parametara u domenu prihvatljivom za čoveka. Tako su formirani sistemi za grejanje, hlađenje i ventilaciju a sve sa ciljem obezbeđenja potrebnih potrebnih uslova za život ljudi. Grejanje Grejanje je proces zagrevanja, zagrevanja, odnosno dodavanja toplote određenom prostoru (sistemu), kako bi njegova temperatura bila prihvatljiva za čoveka. Hlađenje je obrnuti proces, odnosno odvođenje toplote kada je temperatura prostora veća od željene. Za funkcionisanje pomenutih sistema neophodna je energija, čija se svetska potrošnja udvostručila udvostručila od 1970 i utrostručit će se do 2030. godine. Posledice povećanja potrošnje energije energije se odražavaju na zalihe fosilnih goriva, zalihe ulja i gasa se smanjuju, cene energenata se povećavaju. Osim toga visoke emisije CO2 imaju uticaj na klimatske promene. Povećanje energetske efikasnosti efikasnosti danas predstavlja predstavlja neizbežnu operaciju kako bi osigurali osigurali budućnost. budućnost. Najvažnija Najvažnija mera pri tome je izmena zastarelih zastarelih toplotnih toplotnih i rashladnih rashladnih instalacija instalacija modernijim uređajima, koje sa dopunjavaju sa solarnim instalacijama. Povećanje energetske efikasnosti ima najveći učinak na smanjenje potrošnje fosilnih goriva. Praćeno pojačanim korišćenjem obnovljiih izvora energije. Prednost obnovljivih izvora je što su neiscrpni, odnosno neprestano se obnavljaju u prirodi, za razliku od neobnovljivih čije su zalihe ograničene.


1. TERMODINAMIČKE OSNOVE HLAĐENJA

Hlađenjem se naziva proces pri kome se od nekog tela odvodi toplota, predaje nekom drugom telu (okolini ili toplotnom ponoru), pri čemu se hladnom objektu snižava temperatura. Toplota odvedena od hladnog tela naziva se toplotom hlađenja (J ili kJ), a odvedena toplota hlađenja u jedinici vremena naziva se rashladnim učinkom (W ili kW). Ako je temperatura hlađenog objekta viša od temperature okoline, proces se može odvijati spontano (sam od sebe), tj. bez utroška rada. Takvo hlađenje naziva se prirodnim hlađenjem. Kako se odvija samo od sebe, ono se jedino može ubrzavati (intenziviranjem razmene toplote) ili usporavati (npr. postavljanjem toplotne izolacije između hlađenog objekta i toplotnog ponora). Međutim, kada je temperatura okoline viša od temperature hlađenog tela, hlađenje ne može biti spontano tj. ne može se odvijati samo od sebe, već se mora uključiti u neki pogodan kompenzacioni proces, najčešće sa direktnim utroškom mehaničkog rada ili toplote. U tom slučaju, kompenzacioni proces je neki od levokretnih kružnih procesa sa utroškom mehaničkog rada ili toplote. Takvo hlađenje naziva se veštačkim hlađenjem ili jednostavno hlađenjem [1].

Slika 1.1 – Hlađenje [2]

Zavisno od vrste pogonske energije, levokretni kružni procesi mogu biti: 

sa utroškom mehaničkog rada – kompresorski rashladni uređaji,



sa utroškom dovedene pogonske toplote – apsorpcioni i ejektorski rashladni uređaji.

Međutim, za bilo koji levokretni (kao i za svaki drugi toplotni proces, otvoreni ili zatvoreni), posmatrano sa termodinamičkog stanovišta, ako je kompenzacioni proces povratan, utrošiće se najmanje rada (ili toplote). Što je stepen povratnosti kompenzacionog procesa manji, to je potrebno utrošiti više rada ili toplote.


Za najčešće u praksi primenjivane kompresorske rashladne uređaje , kao opšta energetska karakteristika ciklusa uveden je koeficijent hlađenja ɛ , definisan relacijom:

(1) gde su:

Q0 – toplota odvedena od hlađenog objekta, W – utrošeni rad ciklusa.

Za Carnot-ov process, kao i za sve druge povratne rashladne procese između temperature T i i T p (temperature toplotnog izvora-hlađenog tela i toplotnog ponora-okoline, respektivno), dobija se iz (1): (2)

Iz (2) proističe osnovno pravilo rashladne tehnike: nikada ne treba hladiti na nižu temperature nego što je bezuslovno potrebno. Isto tako temperature okoline treba premašiti što je moguće manje [1]. 1.1 Primena hlađenja Danas je teško i skoro nemoguće naći jedno polje čovekove delatnosti i života gde se, direktno ili indirektno, ne koristi hlađenje. Primene veštačkog hlađenja se razvrstavaju u tri grupe: 

Hlađenje je glavni ili sporedni proizvodni proces: · proizvodnja leda, veštačka klizišta, ·

hemijska i industrija nafte i eksploziva,

·

utečnjavanje gasova,

· proizvodnja i prerada metala, medicina, istraživanje.






Stvaranje i održavanje životnih i radnih uslova: ·

klimatizacija prostora u kojima se živi, radii /ili obavljaju razne proizvodne aktivnosti,

·

primena rashladnih mašina u cilju grejanja (toplotne pumpe),

Za održavanje kvaliteta, usporavanje nepoželjnih promena hemijskih, biohemijskih i strukturnih karakteristika raznih proizvoda: ·

konzerviranje namirnica (rashlađivanje, skladištenje..),

·

transport.

1.2 Vrste rashladnih mašina i osnovni elementi

Prema vrsti rashladnog fluida, kompresorske rashladne mašine se dele u dve kategorije: 

„vazdušne“ mašine, kod kojih je rashladni fluid idealni gas-vazduh(njihov ciklus se u celosti odvija u području pregrejane pare, obično daleko od stanja zasićenja, gde se pregrejana para uobičajeno naziva gasom,



parne kompresorske mašine, kod kojih se najveći deo ciklusa odvija u području vlažne pare neke pogodno izabrane supstancije.

Slika 1.2 – Parna kompresorska mašina sa prigušnim ventilom i suvim usisavanjem, a)šema mašine, b)ciklus u T-s dijagramu [1]


Kompresori Osnovna uloga kompresora u rashladnom ciklusu jeste da poveća pritisak suvog gasa. Kompresori mogu biti klipni i dinamički. Osnovna forma klipnih kompresora data je na slici 1.3.

Slika 1.3 –Klipni kompresor [3]

Kondenzatori Uloga kondenzatora jeste da prihvati gas visoke teperature i pritiska, i da ga ohladi kako bi se gas vratio u tečno stanje. Uglavnom se za hlađenje koristi vazduh ili voda. Najjednostavniji vazdušno hlađeni kondenzatori se sastoje od mreže cevi kroz koji prolazi gas, a cevi su postavljene tako da oko njih prirodno struji vazduh. Ukoliko je potrebno obezbediti veći protok vazduha, može se dodati ventilator [3].

Slika 1.4 –Vodeni kondenzator [3]


Isparivači Uloga isparivača jeste da obezbedi primljenom fluidu niskog pritiska i temperature toplotni kontakt sa telom kome se odvodi toplota. Fluid preuzima latentnu temperaturu i prelazi u suv gas. Isparivači se klasifikuju prema toku radnog fluida i njogovim funkcijama. Najčešći je slučaj da vazduh ili tečnost se prvo rashladi, pa se nakon toga hladi željeni objekat. Hlađenjem prostorije npr. Isparivač obezbeđuje kontakt fluida sa vazduhom, koji zatim oduzima toplotu drugim predmetima sa kojima je u kontaktu [3].

Slika 1.5 –Vazdušni isparivač [3]

Ekspanzioni ventili Uloga ekspanzionog ventila je u regulaciji protoka radnog fluida od stanja visokog pritiska do dela sistema niskog pritiska, dakle redukcija pritiska. Najčešće se redukcija obezbedjuje regulacijom protoka. Ekspanzioni ventili se mogu klasifikovati prema metodama regulacije. Ekspanzioni ventili mogu biti niskog i visokog pritiska u zavisnosti od principa rada [3].

Ostali elementi Pored ova četiri osnovna elementa (kompresor, kondenzator, isparicač i ekspanzioni ventil) koji suštinski čine rashladni sistem, postoje brojni drugi elementi koji čine ovaj sistem kompletnijim, pouzdanijim i efikasnijim. Tu se misli na: termostate, ventile, rashladna ulja, manometre, povratne regulacione ventile, solenoidne ventile, ispusne ventile i dr.


Ono što svakako jeste element rashladnog sistema jesu toplotni razmenjivači. Najčešće postoje dva toplotna razmenjivača pri čemu se u jednom odvija kondenzacija, a drugi predstavlja sistem toplotnih razmenjivača direktno postavljenih u prostoru koji se hladi [3]. Za automatizaciju rada rashladnog postrojenja koriste se: uređaji za automatski nadzor i signalizaciju, uređaji automatske zaštite i/ili upozoravanja i uređaji za automatsku regulaciju [1]. 

Uređaji za automatski nadzor služe za merenje, pokazivanje i beleženje relevatnih parametara rada mašine ili hlađenog objekta.



Uređaji automatske zaštite i/ili upozoravanja automatski isključuju iz rada pojedine delove ili celokupnu instalaciju..



Uređaji za automatsku regulaciju služe za održavanje relevatnih parametara rada rashladnog postrojenja i hlađenog objekta u unapred zadatim granicama [1].


2. VENTILACIJA I KLIMATIZACIJA

Ventilacija kao najjednostavniji način provetravanja prostorije sa ciljem sniženja temperature vazduha može se podeliti na prirodnu ili prinudnu u zavisnosti od potrebe. Pod prirodnim provetravanjem, nasuprot prinudnom, kontrolisanom, koje se vrši pomoću ventilatora podrazumeva se izmena vazduha koja se javlja kao posledica prirodnih osobina vazduha pri temperaturnim razlikama ili strujanja usled vetra. Proračun i merenje ovakve izmene vazduha teško je izvoditi [4]. 2.1 Sistem za ventilaciju Ventilacija prostora ima zadatak da izvrši obnovu zagađenog vazduha sa ubacivanjem i prečišćavanjem svežeg ili obnovljenog vazduha i oslobađajući ga, raznim filtriranjem. Karakteristike vazduha koji je potreban za čovekovo životno okruženje je lako utvrditi, to su zapravo njegove prirodne karakteristike, a do promena tih karakteristika najčešće uzrokuje sam čovek. Gustina vazduha iznosi 1,293 kg/m3. Glavni sastojci vazduha u prizemnim slojevima atmosfere su: kiseonik (20,8%), azot (78,2%), argon (0,9%), ugljen dioksid (0,04%) i dr. Pored ovih hemijskih sastojaka u vazduhu se uvek nalaze promenljive količine od oko 0,03% štetnih gasova [3]. Ugodnost za čovečji organizam se preporučuje stepen vlažnosti negde između 45-55%. Ako su u pitanju i drugi materjalni i laboratorijski uslovi ove brojke dobijaju drugu vrednost. Suv vazduh je higroskopan tj. apsorbuje određenu količinu vlage pri određenim temperaturama. Ona količina vodene pare koju sadrži 1m2 vazduha, merena obično u gramima, naziva se apsolutna vlažnost vazduha. U atmosferi se uvek nalazi izvesna količina organske (od raspadanja biljnog ili životinjskog porekla) i neorganske prašine (čađ, pesak, metali,...) i drugi štetni sastojci. Problem dima se umanjuje primenom centralnog grejanja na tečno ili gasovito gorivo. Postoje vrlo efikasni filteri za prečišćavanje vazduha, ali im je otpor vrlo veliki tako da su vrlo neekonomični. Poznato je da je preterana isušenost vazduha u nekim prostorijama gde se drže neke vrste proizvoda, naročito štetna. Zbog toga je potrebno znati uslove koji se preporučuju za određene vrste delatnosti i industrije [3].

INDUSTRIJSKI SISTEMI HLAÐENJA12 2.1.1 Tipovi ventilacije

Postoje dva osnovna tipa ventilacije: prirodna i mehanička (prinudna) ventilacija. Prirodna ventilacija predstavlja obnavljanje i pročišćavanje vazduha prirodno, odnosno usled strujanja vazduha kroz otvore koji se na objektima ostavljaju za tu svrhu. Od veličine i rasporeda otvora zavisiće i intezitet strujanja i obnavljanja vazduha. Intezitet strujanja se može povećati visinskom razlikom otvora.

Slika 2.1 – Prirodna ventilacija kuće [3]

Mehanička ili prinudna ventilacija jeste ventilacija kojom se obezbeđuje obnavljanje i prečišćavanje vazduha strujanjem vazduha kroz odgovarajuće cevovode pri čemu se strujanje vazduha obezbeđuje ventilatorima a način strujanja vazduha koncipira prema potrebi. Složenost mehaničkih ventilacija varira u zavisnosti od veličine i konstrukcije objekata. A može da bude jednostavna sa jednim ventilatorom i jednostavnim cevnim sistemom, ali i složena sa više ventilatora, komplikovanim cevnim sistemom , prečistačima vazduha i regulatorima [3].

prostorija

Ventilator

mešajuća komora

Klapna za regulisanje

Slika 2.2 – Uprošćena šema mehaničke ventilacije [3]

Sistem ventilacije može da sadrži i prečistač vazduha kojim se odstranjuju štetne materije prilikom protoka vazduha. Sistemi ventilacije se razlikuju u konstrukciji i složenosti, a sve u zavisnosti od kvaliteta vazduha koji se želi postići u objektu te od same konstrukcije objekta [3].


2.1.2 Industrijsko odsisavanje U mnogobrojnim industrijskim procesima nastaje zagađivanje vazduha usled prašine, gasova ili para koje treba odstraniti iz vazduha, jer ometaju tehnološki proces ili su štetni po zdravlje zaposlenog osoblja. Obično se to vrši pri manjim koncentracijama prašine provetravanjem uz dovođenje i odvođenje vazduha. Pri većim koncentracijama štetnih materijala vrši se odsisavanje direktno na mestu nastajanja (na izvoru). Pomoću ventilatora se odsisavaju i transportuju u cevnu mrežu i odstranjuju iz vazduha u odvajač. Ovakva postrojenja se nazivaju industrijska postrojenja za odsisavanje. Njihova primena je sve veća u skladu sa većim zahtevima u odnosu na zaštitu na radnom mestu i zaštitu okoline. Sistem industrijskog odsisavanja se uglavnom sastoji iz sledećih komponenti: 

uređaja za merenje štetnih materija na izvoru -usisnog i potisnog voda,



ventilatora,



eventualno odvajača radi izdvajanja, odnosno, ponovnog vraćanja usisanog vazduha.

Slika 2.3 – Šema industrijskog sistema za odisavanje [3]

Uređaji za odsisavanje su veoma različiti po načinu izrade, jer moraju da se prilagode mašinama, uslovima u prostoriji i načinu rukovanja. Načelo je najbolje da se izvor prašine potpuno izoluje, što u najvećem broju slučajeva ipak nije moguće, jer bi na taj način oklop ometao rukovanje. Prema tome, treba se zadovoljiti postavljanjem uređaja za odsisavanje što bliže mestu oslobađanja štetnih materija i da se pri tom sam uređaj što je moguće povoljnije konstruiše, da bi minimalna količina vazduha bila dovoljna za odsisavanje. Što je manja količina odsisanog vazduha, manja je potrebna snaga ventilatora, a utoliko je manja količina sekundarnog vazduha, kao i troškovi za celo postrojenje i zagrevaje dovodenog vazduha [4].


Slika 2.4 – Ventilacioni kanali u industriji [5]

2.2 Sistem klimatizacije Početak klimatizacije vezuje se za 20-te godine prošlog veka u Americi. Vremenom su razvijeni različiti sistemi klimatizacije tako da se željeni uslovi ugodnosti praktično mogu postići u svim slučajevima. Potrošnja energije značajno utiče na troškove poslovanja, pa je pitanje uštede energije postalo ključno pri projektovanju sistema hlađenja, grejanja i klimatizacije. Klimatizacija je proces obrade vazduha u određenom prostoru sa ciljem stvaranja odgovarajućih uslova za boravak ljudi, i drugih živih bića u njemu. U širem smislu termin se može odnositi na bilo koji oblik hlađenja, grejanja, ventilacije ili dezinfekcije koji menjaju stanje vazduha [6].


Slika 2.5 – Klimatizacija poslovnog prostora [6]

Za razliku od komforne klimatizacije, osnovni zadatak industrijske klimatizacije je stvaranje pogodnih uslova za optimalno odvijanje tehnološkog procesa. Naravno, ti uslovi sredine moraju biti prihvatljivi i za čoveka. Na primer, u pojedinim pogonima tekstilne industrije i pojedinim fazama prerade duvana potrebno je održavati visoku relativnu vlažnost vazduha (i do 90%) što čovek može da podnese, mada je za njega idealna vrednost oko 50%. Klimatizacija kao grana tehnike obuhvata tehničke postupke za ostvarivanje željenih parametara vazduha, te njihovo održavanje u prostoru pomoćutermotehničkih uređaja tokom čitave godine. Željeni parametri koje treba kontrolisati u optimalnim graničnim vrednostima su: 

temperatura,



vlažnost vazduha,



brzina strujanja,



čistoća vazduha,



nivo buke, itd.


Klimatizacioni uređaji obavezno uključuju dovođenje svežeg vazduha u prostor koji se klimatizuje, tj. uključuju i ventilaciju prostora jer, u tehničkom smislu, uređaji koji nemaju dovod svežeg vazduha nisu uređaji klimatizacije (npr. split uređaji nisu klimatizacioni uređaji jer nemaju mogućnost ovlaživanja niti odvlaživanja vazduha, već služe samo za grejanje i hlađenje vazduha). Klimatizacija obuhvata grejanje, hlađenje, odvlaživanje, prečišćavanje i ventilaciju vazduha. 

Grejanje: klima uređaji nam omogućavaju preciznu kontrolu temperature i održavanje njene konstantne vrednosti tokom cele godine bez obzira na spojlne prilike.



Hlađenje: klima uređaji, omogućuju hlađenje prostorija čime se stvara prijatna atmosfera za boravak ljudi.



Odvlaživanje: u režimu hlađenja klima uređaj može odvlaživati vazduh pružajući osećaj svežeg vazduha. Ljudskom organizmu prijaju vrednosti od 40 do 60 % vlage.



Pročišćavanje: klima uređaji mogu proizvesti svež i čist vazduh jer su opremljeni filterima koji apsorbuju prašinu i nečistoću iz vazduha.



Ventilacija: ventilacija može biti ugrađena u klima uređaja. Ona deluje na principu da uzima zrak iz unutrašnjosti prostorije i zamenjuje ga svežim spoljnim vazduhom.

Temperatura je sigurno najvažniji parametar sistema za klimatizaciju. Osnovna potreba čoveka jeste da obezbedi stabilnu i konstantnu telesnu temperaturu od oko 37 °C. Ukoliko se poremeti telesna temperature dolazi do poremećaja u procesima koji se u čoveku odvijaju što ugrožava njegov opstanak. Naravno, sam organizam podnosi određene oscilacije temperature okruženja, tako da se može utvrditi određena normalna temperatura okruženja koja bi čoveku odgovarala. Normalna projektovana temperatura u prostorijama gde borave ljudi je u granicama od 18 do 25 °C [4]. Pri projektovanju uređaja za ventilaciju i klimatizaciju treba voditi računa o zimskim i letnjim projektnim temperaturama. Za zimsku projektnu temperaturu u kontinentalnom području može se uzeti od -4 °C do -6 °C. Letnja projektna temperatura za klimatizaciju se kreće prema podacima od 33 °C do 34 °C.


Slika 2.6 – Spoljna kondenzatorska jedinica [6]

Prema njihovoj ulozi sistemi za klimatizaciju se dele na tri vrste: 

za klimatizaciju u zimskim periodima,



za klimatizaciju u letnjim periodima,



Sistemi za potpunu klimatizaciju u kojima se vrše sve funkcije.

Prema nameni sistemi klimatizacije se dele na: 

sisteme za klimatizaciju prostorija u kojima borave ljudi,



sisteme za klimatizaciju prostorija za smeštaj osetljivih materijala.

Prema broju prostorija koje jedan klimatizacioni uređaj u zgradi tretira, podela se može vršiti na individualne, delimične, kompletne [3]. U cilju štednje energije u klimatizacionim sistemima smanjen je broj izmena svežeg vazduha na sat, ali se tada javio problem lošeg kvaliteta vazduha u klimatizovanim prostorijama (IAQ – Indoor Air Quality). Snižena je unutrašnja temperatura u zimskom, a povišena u letnjem periodu. Povećane su tolerancije dozvoljene vrednosti relativne vlažnosti vazduha u klimatizovanim prostorima. Niža dozvoljena vlažnost vazduha u zimskom, a viša u letnjem periodu dovode do znatnih ušteda energije u procesu pripreme vazduha. Korišćenje otpadne toplote iz klimatizacionih sistema postalo je standardno tehničko rešenje. Sve ove mere su uticale da se smanji jedinična potrošnja energije u klimatizacionim postrojenjima uz zadovoljavanje termičkih uslova ugodnosti. Bez klimatizacije proizvodnih pogona neki proizvodni procesi bi bili praktično nemogući jer bi škart bio veliki, kvalitet proizvoda loš i neujednačen, a produktivnost zaposlenih bi bila znatno niža.


2.2.1 Podela klimatizacionih uređaja prema nameni 

Komforna klimatizacija

To su uređaji koji stvaraju temperaturne uslove za boravak ljudi. Održavaju temperaturu od 20 do 27°C, te relativnu vlažnost od 40 do 60% uz brzinu strujanja vazduha u zoni boravka ljudi do 0,3 m/s. 

Industrijska klimatizacija

Industrijska klimatizacija obuhvata uređaje koji stvaraju optimalne uslove za odvijanje nekog proizvodnog ili tehnološkog procesa, kao što su temperatura, vlaga, čistoća vazduha. Primenjuju se u pogonima za proizvodnju elektronskih čipova, mleka, računara, vina, šampanjca... Parametre uređaja definišu tehnologija i zahtevi proizvodnje, a ne potreba osoba koje borave u idustrijskom prostoru. 2.2.2 Projektovanje klimatizacije Osnovni kriterijumi za izbor klimatizacionih uređaja su: funkcionalnost, toplotni i rashladni učinak, mogućnost smeštaja u prostoru, investicioni troškovi, trošak pogona, pouzdanost pogona, fleksibilnost uređaja i mogućnost održavanja. Između navedenih kriterijuma uspostavlja se mođusobna veza, i projektant u dogovoru s investitorom određuje koje je najpogodnije rešenje za klimatizaciju određenog prostora. Za klimatizaciju stambenih i poslovnih prostora projektuje instalacija u obliku cevovoda gde se minimizuju gubici u mreži, i optimizuju parametri kao što su pritisak, brzina protoka fluida, temperatura i vlažnost [6]. Potrošnja energije treba da bude jedan od najvažnijih faktora u svim fazama projektovanja: prilikom proračuna, dimenzionisanja cevovoda, izbora opreme, armature, automatike i pomoćne opreme, kao i pri dispoziciji ovih elemenata u objektu.


3.

RASHLADNI SISTEMI U INDUSTRIJI

Rashladni sistem je kombinacija opreme, cevovoda i komponenti, spojene u sekvencijalnom redosledu sa ciljem da postignu efekat hlađenja. Efekat hlađenja predstavlja proces ekspanzije toplote iz nižeg temperaturnog izvora, supstance ili rashladnog medija i prenosa istog na viši temperaturni nivo, najčešće atmosferskog vazduha, u cilju održavanja temperature izvora toplote ispod temperature okoline [7]. Rashladne sisteme možemo klasifikovati na sledeće kategorije: 

Hlađenje i rashlađivanje. Zajednički temperaturni opseg od 0 do 1000 C,

Zamrzavanje i duboko zamrzavanje, hladnjače i sl., zajednički temperature opseg od 0 do - 400 C. 

Kao što postoje brojni i raznovrsni industrijski procesi koji zahtevaju hlađenje, takođe postoje različiti načini povezivanja komponenti i opreme u rashladnom sistemu. Na slici 3.1 prikazan je rashladni sistem koji se primenjuje u tekstilnoj industriji za snabdevanje svežeg vazduha. Na ovom primeru je opisan uobičajeni princip rada rashladnog sistema. Opis rashladnog sistema: Zadatak ovog sistema za hlađenje je da proizvede rashladnu vodu temperature 100 C. Temperatura povratne vode, ovog sistema je 150 C. Protok vode ka isparivaču čilera br.1, br.3 i br.4 je 363 m3/h, dok je ka isparivaču čilera br.2 393 m3/h. Ukupni instalirani sistem hlađenja je 8088 kW. Ovaj rashladni kapacitet se može postići datim temperaturama rashladne vode i kondenzatorske ulazno/izlazne vode temperature 30/350 C. Vrednosti protoka kroz kondenzator čilera br.1, br.3 i br.4 su 460 m3/h, dok je protok kroz kondenzator čilera br.2 474 m3/h. Tip rashlađivača je R-11 (freon). Električna snaga elektro motora potrebna za pokretanje turbokompresora čilera br.1, br.3 i br.4 je 373 kW, dok je za turbokompresor čilera br.2 470 kW (ukupna instalirana snaga ovih elektromotora je 1,589 kW). Tokom odvijanja normalnog režima rada čileri br.1, br.3 i br.4 se nalaze u radnom, dok se čiler br.2 nalazi u stand-by režimu. Pored toga, snaga pumpi koja je takođe bitna iznosi, i to pumpa vode rashladnog tornja (5 x 45 = 225 kW; jedna se nalazi u stand-by režimu), pumpe isparivača (4 x 22 = 88 kW; jedna se nalazi u stand-by režimu), pumpe procesne vode (4 x 55 = 220 kW; jedna se nalazi u stand-by režimu i 2 x 22 = 44 kW; jedna se nalazi u stand-by režimu). Ukupna instalirana snaga pumpi iznosi 577 kW. Instalisana snaga za pokretanje ventilator rashladnih tornjeva iznosi 4 x 15 = 60 kW i 1 x 22 = 22 kW. Jedan rashladni toranj se pri normalnom radnom režimu nalazi u stand-by [7].


Slika 3.1 – Uobičajeni rashladni sistem u industriji [7]

Rashladni sistem prikazan na slici 3.1 je značajan potrošač električne energije. Ukupna energetska efikasnost ovakvog sistema obuhvata rad čilera, pumpe, rashladne tornjeve, održavanje sistema, način upravljanja, spoljna temperature, relativna vlažnost itd. Svi ovi faktori imaju značajan uticaj na energetske performanse sistema.


3.1 Industrijsko hlađenje Odvijanjem tehnoloških procesa u industriji okolni vazduh se zagreva i kao takav može ugroziti ili tehnološki proces ili remetiti radu opreme koja u tom tehnološkom procesu učestvuje. Kako bi se vazduh hladio primenjuju se različiti sistemi hlađenja, koji u suštini rashlađuju vazduh i kao takav ubacuju u prostor u kome se tehnološka operacija odvija. Rashladni sistem obezbeđuje hlađenje u industrijskim procesima uključujući i klimatizaciju vazduha. Rashladna tehnika i klimatizacija su među najvećim potrošačima energije. Prema izveštaju Međunarodog instituta za rashladnu tehniku (IIR), ova grana industrije učestvuje sa 15% u ukupnoj potrošnji energije u svetu. Takođe, procena je da se 80% emisija gasova, koji dovode do efekta staklene bašte, iz rashladne i klimatizacijske industrije ispusti indirektno kroz potrošnju energije iz ovakvih sistema. Nesumnjivo da je povećanje energetske efikasnosti jedan od najbržih načina za smanjivanje emisije štetnih gasova (pritom se najčešće misli na emisije CO 2), a upravo takvim pristupom šaljemo poruku da delimo zabrinutost za nesigrnu energetsku budućnost. Prema načinu oduzimanja toplote razlikuju se dva postupka: 

Direktno hlađenje - isparivač rashladnog sredstva se direktno nalazi u struji materije koju treba hladiti.



Indirektno hlađenje - u isparivaču rashladnog sredstva hladi se tečnost, voda ili rasolina koji služe kao nosioci hladnoće, nosilac hladnoće koji cirkuliše preko daljih izmenjivača toplote služi za hladenje materija koje treba hladiti.

Za dobro funkcionisanje rashladnog sistema svi potrebni sastavni elementi sistema moraju da budu povezani cevovodom kroz koji moze da cirkuliše rashladno sredstvo [4].

Slika 3.2 – Kompresioni rashladni sistem sa isparivačem za direktno vazdušno hlađenje [4]


Direktno hlađenje pri čemu se vazduh hladi direktno u isparivaču, u principu je ekonomičnije od indirektnog hlađenja, jer je za indirektno hlađenje, potrebna dodatna energija za cirkulacionu pumpu nosioca hladnoće. Osim toga, zbog potrebe dodatne temperaturne razlike temperatura isparavanja mora da bude niža sa odgovarajuće manjim koeficijentom proizvodnosti. Temperatura rashladnih površina za dehidrataciju može da bude niža od one moguće sa hladnom vodom kao prenosiocem. Kompletno isporučeni rashladni sistemi sa svim potrebnim satavnim elementima nalaze se u klima konvektorima za ugradnju u prozor i u prostoriji sa ugrađenim kompresorom, kondenzatorom i isparivačem. Za kondenzatore sa vazdušnim hlađenjem potreban je izvod za ulaz u izlaz vazduha. Proizvođači split-sistema (uredaj sa više kućišta) omogućuju isporuku u dva dela i to: Klimaelement i kondenzatorski agregat sa vazdušnim hladenjem za postavljanje napolju ili klima element sa kompresorom i odvojenim kondenzatorom sa vazdušnim hlađenjem za postavljanje napolju [4].

kancelarija

prostorija za sastanke

Slika 3.3 –Hlađenje prostorija split-sistemom [4]

Postavljanje vodova vrši se prema upustvima proizvođača; često se isporučuju vodovi za rashladno sredstvo već delimično napunjeni rashladnim sredstvom sa obrađenim krajevima za brzo spajanje. Podaci o kapacitetu uređaja sa jednim ili vise kućista odnose se na uslove klimatizovane prostorije i temperaturu spoljnjeg vazduha u rashladne vode. Odgovarajuće temperature isparavanja i kondenzovanja najčešće nisu navedeni. Skoro isključivo se koriste kompresori hermetičke vrste izrade (kompresori sa kućistem), klipni sa pravolinijskim ili klipni sa rotacionim kretanjem, a od nedavno i zavojni Scrollkompresori. Monofazni pogon dozvoljen je samo od 1,4 kW nazivne snage motora, a iznad toga potrebna je trofazna struja.

3.2 Princip rada rashladnog sistema


Rashladni sistemi koji obezbeđuju hlađenje u industrijskim procesima, uključujući i klimatizaciju svrstavaju se uglavnom u sledeće kategorije: Parno-kompresioni sistem. U ovim sistemima kompresori kompresuju rashlađivač na viši pritisak i temperaturu od pritiska i temperature isparavanja pare. Kompresovani rashlađivač se kondenzuje u tečni oblik otpuštanjem latentne toplote kondenzata u kondenzatoru vode ili prečistaču vazduha. Tečni refrigerant se zatim prigušuje do niskog pritiska. Formirana para-tečnost proizvodi efekat hlađenja tokom isparavanja. Kompresovanje pare se često naziva mehaničko hlađenje iz razloga šro se para kompresuje mehaničkim kompresorima. Kompresori se u većini slučajeva pokreću elektro-motorima, retko motorima SUS, gasnim i parnim turbinama. 

Absorpcioni sistem. U absorpcionim sistemima, rashladni efekat se postiže unosom toplotne energije. Nakon što tečni rashlađivač ostvari rashladni efekat tokom isparavanja na niskom pritisku, para absorbuje tečni absorbent. Rešenje je ostvareno grejanjem direktno-sagorevanjem gasa ili otpadne toplote, zatim rashlađivač ponovo isparava, ali pri znatno većem pritisku, a nakon toga kondenzuje i prelazi u tečni oblik. Tečni rashlađivač se zatim prigušuje do niskog pritiska i zati je spreman da proizvede rashladni efekat. Absorpcioni čiler koristi toplotu za kompresovanje rashladne pare na visoki pritisak, zbog čega ovaj “toplotni komporesor” nema pokretnih delova, osim same pumpe. 

Ova dva tipa rashladnih sistema prikazana su na slici 3.4. Praktično, razlika između njih je način kompresije rashladne pare. Tradicionalno, isparivačko kompresioni rashladni sistem se češće primenjuje u industriji od absorpcionog rashladnog sistema. Prednost absorpcionog rashladnog sistema je mogućnost da se iskoristi otpadna toplota na relativno niskoj temperature koja je u industrijskim uslovima često dostupna [7]. 3.3 Parno-kompresiono hlađenje Prirodan tok toplote je samo iz pravca vrućeg ka hladnijem telu. U rashladnom sistemu se mora desiti supraton proces. Ovakav proces se ostvaruje primenom sredstva za hlađenje koje absorbuje toplotu i zatim ključa i isparava pri niskom pritisku da bi nakon toga prešao u gasno stanje. Ovako dobijeni gas se zatim kompresuje pri većem pritisku tako da se ostvaruje prenos toplote dobijene iz vazduha ili vode i pretvara u tečnost (kondenzuje). Na ovaj način, toplota se absorbuje, ili uklanja, iz izvora niske temperature i prebacuje ka višoj temperature. Uobičajeni rad jednog ovakvog rashladnog sistema je prikazan na slici 3.4. ciklus je predstavljen u p-i (bar-kJ/kg) dijagramu, koji se primenjuje za hlađenje.


Slika 3.4 – Šematski prikaz parne kompresije a); absorpcionog rashladnog sistema b) [7]

Slika 3.5 – Jednostepeni parno kompresioni ciklus i p-i dijagram [7]


Rashladni ciklus se može podeliti u sledeće faze: 1=>2 Pregrejana para ulazi u kompresor u kome joj se povećava pritisak. U kompresoru je prisutan i adekvatan porast temperature. Najveći deo energije koji se troši pri kompresionom procesu je prilikom rashladnog transfera. 2=>3 Pregrejani gas visokog pritiska prolazi iz kompresora u kondenzator. Početak rashladnog procesa (2=>2a) predstavlja pregrejani gas pre nego što je prešao u tečno stanje (2a=>2b). Hlađenje se pri ovom procesu obično postiže pomoću vazduha ili vode. Dalji pad temperature se ostvaruje u cevima i tečnom sakupljaču (2b=>3), tako da je rashladna tečnost podhalđena zato što ulazi u ekspanzioni ventil. 3=>4 Visok pritisak podhlađene tečnosti prolazi kroz ekspanzioni ventil, što za cilj ima smanjenje pritiska i protok ka isparivaču. 4=>1 Rashladna tečnost niskog pritiska u isparivaču absorbuje toplotu iz okruženja, najčešće vazduha, vode ili neke druge procesne tečnosti. Tokom ovog procesa, menja svoje stanje od tečnosti na gas, dok je na izlazu iz isparivača pregrejana. Može se videti da kondenzator mora biti u stanju da odbije kombinovanu proizvodnju toplote na ulazu u isparivač i kompresor; tj. (4=>1) + (1=>2) mora da bude isto kao i (2=>3). Prilikom prolaza kroz ekspanzioni ventil (adijabatski proces) ne postoji niti dobitak niti obitak toplote. Kod ovakvih sistema komprimovani gas je poznat kao primarni refrigerant. U nekim slučajevima rashladni efekat je indirektan. Primarni refrigerant se koristi za hlađenje drugog medija, kao što je voda, slana voda i sl. koja se zatim pumpa na zahtevanu visinu. Ovaj medij se naziva sekundarnim refrigerentom. Izbor refrigerenta zavisi od njihove upotrebe. Kritični faktori koji regulišu izbor su:    

troškovi, potencijalni rizici pri upotrebi, temperature koje se zahtevaju, veličina postrojenja.

Najčešće korišćeni primarni refrigerant u rashladnoj industriji je amonijak i freon. Tipični sekundarni refrigerant koji se primenjuje je voda, slana voda, etilen glikol i propilen glikol. Vrste kompresora koje se primenjuju u industrijskim rashladnim sistemima: vijčani,   centrifugalni i  recipročni.


3.4 Parno-absorpciono hlađenje Šema najjednostavnijeg absorbcionog rashladnog uređaja prikazana je na slici 3.4 b. Odgovarajuća binarna mešavina (npr. H2O-NH3) isparava u generatoru pri pritisku (p) i toploti Qg. Ovo proizvodi više ili manje pare od čiste, mnogo lakše isparljive komponente binarne mešavine (amonijak NH3). Pritisak pare u kondenzatoru treba da bude dovoljno visok kako bi postala tečnost pri odvajanju toplote pomoću rashladne vode. Nakon kondenzacije tečnom amonijaku se pomoću ekspanzionog ventila smanjuje pritisak ( p0). To znači da je temperatura ključanja tečnosti niža od one koja se nalazi u kondenzatoru. Time su stvoreni uslovi koji onemogućavaju da ova tečnost ispari na nižoj temperaturi u isparivaču dobijanjem toplote Qulaz pri rashladnom efektu. Dakle uslovi koji vladaju u kondenzatoru i isparivaču absorpcionog rashladnog sistema poklapaju se sa onima u mehaničko kompresionom rashladnom sistemu, ali sa malom razlikom što se tiče temperature kondenzacije i isparavanja čistog amonijaka koje su konstantne i stabilnog pritiska. U slučaju mešavine H2O-NH3 uslovi su manje ili više promenljivi. Hladna para uzeta iz absorbera gde se absorbovala pomoću hladne mešavine napušta isparivač. Ovaj proces otpušta toplotu Qa. Upravo ova osobina binarnih mešavina omogućava toplije mešavine (rešenje) da absorbuje hladniju paru koja je odlučujuća za rad absorpcionog uređaja. Rešenje protokom je vrlo jednostavno. Lošije rešenje je kada isparavanje napušta generator. Ova mešavina se provlači kroz ekspanzioni ventil na pritisak u absorberu koji se hladi rashladnom vodom. U absorberu se para uvodi preko slabijeg rešenja koje absorbuje amonijak. Mešavina se dobija tako što se poveća pritisak na izlazu iz pumpe ( p), kako bi ponovo isparavala. Komercijalno dostupni absorpcioni čileri u industriji mogu raditi pomoću: 

prirodnog gasa,



pare,



tople vode i



vrelih izduvnih gasova.

Aktuelni medij absorbera čilera je: 

litijum bromid/voda,



amonijak/voda.

Litijum bromid/voda je pogodnija za rashlađivanje do 50 C, dok je amonijak/voda pogodan za temperature niže od 00 C.


Jedno-efektna mašina toplotu koristi samo jednom kako bi proizvela efekat hlađenja. Mašina dvostrukog efekta sadrži i izmenjivač toplote sa ciljem da nadoknadi gubitak toplote nastalog tokom prve faze hlađenja, tako da proizvede dodatnu rashladnu paru i više hlađenja. Dvostruku efekat je efikasniji od jednostrukog. Osnovne razlike između ove dve vrste absorpcionih čilera su: jedno-efektno dejstvo: niži inicijalni troškovi, ali manje efikasan sistem koji troši više energije i na taj način postaje skuplji za rukovanje. 

Dvostruko-efektno dejstvo: više inicijalnih troškova, ali znatno energetski efikasniji sistem koji zahteva manje energije za rad. 

Komponente absorpcionog čilera moraju biti integrisane mnogo bliže od komponenti parnokompresionog sistema. Kako bi se ovo rešilo, svi absorpcioni čileri se dopremaju u kompaktnom pakovanju. Iz istog razloga absorpcioni čileri imaju nekoliko varijacija. Kod velikih absorpcionih sistema, hlađenje se ostvaruje pomoću rashladne vode. Slično tome svi kondenzatori se hlade vodom, najčešće iz rashladnog tornja. Kod ovih absorpcionih mašina rashladna voda je na niskom pritisku. Absorber, obično soli litijum-bromida se primenjuju za kretanje kroz vodeno parni sistem. Kristalizacija soli je veliki problem koji operativni dizajneri absorpcionog čilera pokušavaju da izbegnu. Promena kondenzacije i temperature isparavanja će značajno promeniti kapacitet hlađenja, ali će takođe doći i do promene u slučaju isporuke toplotne energije generatoru [7]. 3.5 Rashladni sistemi za hlađenje vazduha Za hlađenje (klimatizaciju) pojedinih prostorija, na kondenzatorski agregat može da se priključi jedan ili više klima- konvektora sa ugrađenim isparivačem za hlađenje vazduha. U najjednostavnijem slučaju koriste se i obični isparivači za hlađenje u prostoriji. Kondenzatorski agregati sa vazdušnim ili vodenim hlađenjem koriste se u uobičajenim programima tehnike hlađenja; pretezno i pouhermetički klipni kompresori. Primer sa otvorenim kompresorom dat je na slici [4]. Sistem klima uređaja,u toplim periodima kada je spoljna temperatura veća od temperature koju treba održavati u unutrašnjosti prostorija klimatizacijom,ima za zadatak da odvođenjem toplote izvrši hlađenje i sušenje vazduha.Količina toplote koju treba ukloniti odvodi se uključivanjem hladnjaka [3]. Osnovni princip rada sistema za hlađenje opisan je ciklusom hlađenja, a osnovna pretpostavka tog ciklusa jesu same karakteristike radnog fluida u smislu specifičnih tačaka isparavanja i kondezovanja. Toplota se dovodi do fluida koji je na nižoj temperaturi i pritisku stvarajući latentnu toplotu da bi fluid prešao u gasovito stanje. Ovaj gas se potom komprimuje na


veće pritiske i u skladu sa tim temperaturu na kojima latentna toplota može biti oslobođena a radni fluid se vraća u tečno stanje. 3.6 Čiler Komponente sistema za hladnu vodu su: hladnjak (čiler), klima-komore i/ili fan-coil jedinice, krug hladne vode sa pumpom, krug kondenzatorske vode sa pompom i rashladnom kulom. Optimizacija sistema za hladnu vodu zahteva pažljivo integrisanje ovih komponenata. Postoje dva tipa čilera koji se danas proizvode – parno-kompresorski i apsorpcioni čileri. Glavne komponente parno-kompresorskih čilera su kompresor, isparivač i kondenzator (razmenjivači toplote voda– rashladni fluid) i ekspanzioni organ. Postoje četiri tipa čilera: klipni, spiralni, vijčani i centrifugalni.

Slika 3.6 –Čiler [6]

Rad čilera je veoma sličan radu frižidera. Čiler uzima energiju iz hladnog prostora i izbacuje je u prostor više temperature. Sredstvo za hlađenje dolazi u kontakt sa fluidom koji se hladi u prostoru isparavanja. Efekat hlađenja pri isparavanju je sličan efektu znojenja. Ispareno sredstvo za hlađenje komprimira se u kompresoru, što dovodi do njegovog zagrijavanja. Topli gas iz kompresora ide u element za izbacivanje topline – kondenzator, jer se u njemu sredstvo za hlađenje kondenzuje i zagrijava. Kondenzator se obično hladi vodom ili vazduhom. Tečno sredstvo za hlađenje se provodi kroz ekspanzioni ventil, gdje duvaljke ili mlaznice snižavaju temperaturu sredstva za hlađenje. Ohlađeno sredstvo za hlađenje ide u isparivač, gdje preuzima ponovo toplotu [8]. Čileri se grubo mogu klasifikovati u dvije grupe: vazduhom hlađene i vodom hlađene. Vazduhom hlađeni čileri su obično smješteni izvan prostora koji se hladi, apsorbuju toplotu iz prostora koji se hladi i izbacuju je direktno u atmosferu (slika 3.7 ).


Slika 3.7 –Vazduhom hlađeni čiler [8]

S druge strane vodom hlađeni čileri su smješteni u zgradi i povezani sa rashladnim tornjem koji preuzima toplinu iz vode i lociran je izvan prostora koji se hladi. Vodom hlađene čilere možemo podijeliti na dva tipa: prvi je rashladni toranj sa otvorenim tokom, gdje se kondenzatorska voda direktno hladi duvaljkama kroz velike ploče zvane medija kroz koje duva vazduh, a drugi je rashladni toranj zatvorenog toka gdje se hlade cijevi kroz koje protiče voda, tj. indirektno [8].

Slika 3.8 –Šema kompresorske rashladne instalacije i izgled hlađenog prostora sa isparivačem (hladnjakom) [8]

3.7 Elementi klima komore


Na slici 3.9 dat je šematski prikaz jedne horizontalne klima komore, koja radi sa mešavinom svežeg i recirkulacionog vazduha. Konstrukcija klima komore i broj i vrsta elemanata koje komora sadrži zavise od namene samog sistema za klimatizaciju (npr. da li se želi rad samo sa svežim vazduhom, da li se želi samo hlađenje tokom letnjeg perioda, da li je potrebno vlaženje vazduha, da li se želi korišćenje otpadne toplote, da li je potrebno prigušivanje buke i vibracija, itd.) [9]. Osnovni elementi klima komore su: 

filterska sekcija (za prečišćavanje vazduha koji se uvodi u sistem),



grejač (koji može biti podeljen na predgrejač i dogrejač – što je čest slučaj kada se vrši vlaženje vodom),



hladnjak (koji najčešće u klimatizaciji koristi hladnu vodu kao radni fluid),



maglena komora za vlaženje vazduha vodom,



ventilatorska sekcija (najčešće su u pitanju centrifugalni ventilatori).

Slika 3.9 – Šematski prikaz horizontalne klima komore [9]

Grejač Grejač služi za zagrevanje vazduha u zimskom i prelaznim periodima (mada se nekad korisiti i tokom leta). Zagrevanje vazduha se kreće u granicama od -20oC do +50oC maksimalno. U sistemu klimatizacije može postojati jedan ili više grejača, što zavisi od izbora samog sistema klimatizacije. Mesto ugradnje grejača može biti: 

klima komora (jedan grejač ili predgrejač i dogrejač),



kanal pripremljenog vazduha (kanalski grejač, koji je najčešće dogrejač kod zonskih sistema),




uređaj u prostoriji (najčešće dogrejač kod vodenih ili vazdušno-vodenih sistema; tada se u prostoriji nalaze aparati kao što je ventilator-konvektor (fan-coil) ili indukcioni aparat).

Kao radni fluid najčešće se koristi topla voda. Mogu se koristiti različiti temparaturski režimi (90/70oC, 80/60oC, 60/45oC u kanalskim dogrejačima...). Grejni fludi takođe može biti i vodena para niskog pritiska [9]. Na slici 3.10 prikazan je izgled grejača klima komore.

Slika 3.10 – Spoljni izgled grejača sa spiralnim rebrima [9]

Hladnjak Hladnjak služi za hlađenje i sušenje vazduha u letnjem i prelaznim periodima. Konstruktivno se ne razlikuje od grejača. I hladnjaci su, kao i grejači, izrađeni od orebrenih cevi. Mogu se izrađivati od bakarnih cevi, što je dobro zbog otpornosti na koroziju. Rebra bakarnih cevi se izrađuju od aluminijuma ili bakra. Takođe se mogu izrađivati od čeličnih cevi sa čeličnim orebrenjem. Oblik rebara može biti pravougaoni, kružni ili spiralni. Kod hladnjaka se, u odnosu na grejač, razlikuju uslovi razmene toplote: Prema vrsti rashladnog fluida hladnjaci se mogu podeliti na: 

Hladnjake sa direktnim isparavanjem, kada je radni fluid neki od rashladnih fluida (freon, amonijak, CO2...) Tada je isparivač rashladne mašine hladnjak u klima komori i tada je površina hladnjaka na konstantnoj temperaturi koja odgovara temperaturi isparavanja;



Protočne hladnjake, kada je radni fluid hladna voda (ili vodeni rastvor antifriza ako su potrebne niže temperature radnog fluida). U ovom slučaju temperature površine hladnjaka nije konstantna, već se menja kako se voda zagreva od temperature na ulazu u hladnjak do temperature na izlazu iz hladnjaka. Danas se u klima komorama pretežno koristi ovaj tip hladnjaka (sa sekundarnim rashladnim fluidom). Voda potrebna za hlađenje celog objekta se priprema u rashladnoj mašini. Na ovaj način se izbegava opasnost od curenja freona u klima komori i obezbeđuje centralna priprema hladne vode, čime je smanjena količina primarnog rashladnog fluida u sistemu. Međutim, rad sa sekundarnim rashladnim fluidom je termodinamički nepovoljniji zbog dodatnog posrednika u predaji toplote [9].


Prema mestu ugradnje hladnjaci se mogu podeliti na: 

Hladnjake u klima komori , kada je hladnjak jedna od sekcija klima komore



Hladnjake u elementima za doradu ili ubacivanje vazduha u prostoriju; tada se obično u hladnjacima vrši samo odvođenje suve toplote bez izdvajanja vlage.

Maglena komora Maglena komora je deo klima komore u kojoj se vrši vlaženje vazduha vodom. Maglena komora se sastoji od kućišta od pocinkovanog lima, nerđajućeg čelika ili nekog veštačkog materijala (plastike). Donji deo maglene komore je kada za skupljanje i dopunu vode. Na jednoj strain maglene komore nalaze se mlaznice čija je uloga raspršivanje vode u što sitnije kapi. Da bi se intenzivirao proces razmene materije (ostvarilo bolje vlaženje), potrebno je da raspršene kapi vode budu jako sitne, u cilju povećanja površine kontakta između vode i vazduha. Šematski prikaz maglene komore u 3 projekcije (sa strane, frontalno i odozgo) prikazan je na slici 3.11.

Slika 3.11 – Šematski prikaz maglene komore [9]

Osnovni elementi maglene komore su:

1 - kada za vodu; 2 - korpa na usisnoj cevi; 3 - ovod za pražnjenje; 4 - cevni registar sa mlaznicama; 5 - prelivna cev; 6 - odvod viška vode; 7 - cirkulaciona pumpa; 8 - priključak za dolivanje; 9 – plovak; 10 - eliminator kapi. 4.

POVEĆANJE ENERGETSKE EFIKASNOSTI RASHLADNOG SISTEMA U INDUSTRIJI


Projektom rekonstrukcije sistema za otpepeljivanje i odšljakivanje blokova B1 i B2 termoelektrane “Kostolac B” izgrađeno je elektrorazvodno postrojenje za potrebe elektrofiltra. 4.1 Tehnički opis Objekat elektrorazvodnog postrojenja ima dve etaže i nalazi se neposredno uz dimnjak termoelektrane. Za smeštaj transformatora i elektroormana izgrađena je prostorija u prizemlju, dok su u prostoriji na spratu smešteni frekventni pretvarači, PLC i ostali elektro ormani. U svim prostorijama je neophodno održavanje temperature prostora u letnjem period ispod 300 C unutrašnjeg prostora pomoću termotehničkih instalacija klimatizacije i ventilacije. Dok bi se u zimskom periodu vazduh koji služi za hlađenje predhodno pripremio u pripremnoj grupi, odnosno zagrejao na određenu temperaturu, kako ne bi došlo do ubacivanja “ledenog” vazduha u prostoriju što bi imalo negativnih posledica po opremu koja se nalazi u objektu.

Slika 4.1 –PLC i visokonaponski ormani na drugom spratu


Slika 4.2 –Transformatori i elektroormani u prizemlju

Za zaštitu prostora od prodora prašine, tj. pepela iz okoline, tokom cele godine u prostoru se održava nadpritisak vazduha. Da bi se u letnjem periodu obezbedio nesmetan rad elektro opreme potrebno je neutralisati toplotne dobitke od te opreme, osvetljenja kao i spoljno toplotno opterećenje. Za tu svrhu vazduh se u prostorijama hladi pomoću rashladnih uređaja tzv. „split“ izvedbi. Postoje dva tipa uređaja: standardni i VRF sistem. Standardni uređaj se sastoji od po jedne unutrašnje isparivačke i jedne spoljašnje, kondenzatorske jedinice, dok se VRF sistem sastoji od jedne spoljašnje koja je povezana na dve unutrašnje jedinice. Spoljašnje i unutrašnje jedinice povezane su bakarnim cevima i elektro kablovima [10].

Slika 4.3 –Spoljnje kondenzatorske jedinice


Sa unutrašnjih jedinica kondenzat se vodi najkraćim putem napolje pomoću cevovoda formiranog od tvrdih PVC cevi i fazorskih komada. U prostoriji prizemlja, unutrašnje jedinice su postavljene pod plafonom. Ove jedninice vazduh uzimaju slobodno iz prostorije i taj vazduh nakon hlađenja ubacuju u isti prostor. U prizemlju su ugrađene šest jedinica od kojih su pet u radu , dok je jedna u rezervi.

Slika 4.4 –Šest unutrašnjih isparivačkih jedinica u prizemlju

Na spratu, u prostoriji sa frekventnim pretvaračima postavljene su dve jedinice (radna i rezervna), takođe pod plafonom. Jedinica je kanalskog tipa i na potisu svake od njih postavljen je izolovan kanal, izrađen od pocinkovanog čeličnog lima, kojim se vazduh sprovodi u prostor duplog poda. Ispod ormana frekventnih pretvarača postavljene su podne rešetke za ubacivanje vazduha. Konstrukcija ormana je takva da omogućava strujanje vazduha kroz njega. Nakon što ovaj vazduh neutrališe toplotno opterećenje, unutrašnja jedinica ga usisava iz slobodnog prostora i ponovo hladi.

Slika 4.5 –Dve unutrašnje isparivačke jedinice


U preostale dve prostorije na spratu (sa PLC i visokonaponskim ormanima), takođe su pod plafonom postavljene unutrašnje jedinice kanalskog tipa, i to u prostoriji sa PLC dve jedinice, dok u prostoriji sa visokonaponskim ormanima jedna jedinica. U zimskom periodu predviđeno je dežurno grejanje svih prostorija električnim kaloriferima. U svim prostorijama predviđeno je održavanje nadpritiska u toku cele godine, kako bi se sprečio prodor prašine (pepela) u prostoriju i na taj način zaštitila oprema. Nadpritisak u odnosu na okolinu ostvaruje se stalnim ubacivanjem spoljnjeg vazduha u prostoriju. Vazduh se ubacuje pomoću centrifugalnog kanalskog ventilatora, pocinkovanih čeličnih kanala i rešetki za ubacivanje vazduha [10].

elektro zagrejač vazduha centrifugalni ventilator

filtar vazduha

Slika 4.6 –Centrifugalni kanalski ventilator sa grejačem i filtrom

Ventilator je ugrađen u kompletu sa filtrom, elektro grejačem, automatikom za signalizaciju zaprljanosti filtra i zaštitom elektrogrejača od pregrevanja.

Slika 4.7 –Filtar na ulazu kanalskog ventilator


Slika 4.8 –Izvedba kanala u prostoriji

Slika 4.9 –Izvedba kanala svežeg vazduha sa pripremnom grupom


Slika 4.10 –Položaj pripremne grupe za vazduh


4.2 Toplotno opterećenje Ukupno topotno opterećenje iznosi: Q = QTO + QI = 47731 + 35118 + 1900 = 84749 W Gde su: QI – toplotno opterećenje od prodora spoljnjeg vazduha, QTO – toplotno opterećenje od unutrašnjih izvora.

Za obradu vazduha u prostorijama izabrani su sledeći uređaji:

Fujitsu VRF Spoljašnja jedinica Rashladni kapacitet spoljašnje jedinice [kW] Unutrašnja jedinica (2 kom.) Rashladni kapacitet unutrašnje jedinice [kW]

AOY90 28 ARY45 12,5

Fujitsu Spoljašnja jedinica

AOY90

Unutrašnja jedinica

ARY90

Rashladni kapacitet [kW]

22

Eksterni pad pritiska [Pa]

100

Fujitsu Spoljašnja jedinica

AOY45

Unutrašnja jedinica

ARY45

Rashladni kapacitet [kW]

11,5


4.3 Povećanje energetske efikasnosti sistema Povećanje energetske efikasnosti može se sprovesti kod pripreme vazduha za ubacivanje u prostoriju, slika 4.11.

Regulacione Elektro grejač Centrifugalni ventilator Filtar vazduha

Slika 4.11 –Priprema vazduha za ubacivanje u prostoriju

Svež vazduh prolazi kroz filter a zatim preko centrifugalnog ventilatora i elektrogrejača, gde se podiže temperatura vazduha, preko regulatora protoka ubacuje u kanale svežeg vazduha odakle se odvodi u prostoriju sa elektroopremom. Zamenom elektro grejača razmenjivačem toplote kroz koji struji topla voda smanjilo bi nepotrebno trošenje električne energije na elektrogrejač u vidu pripreme vazduha. Regulisanje broja obrtaja centrifugalnog ventilatora uz pomoć frekventnog regulatora bi takođe dovelo do uštede električne energije koja služi za pokretanje elektromotora. Vazduh koji se iz prostorije ispušta u atmosferu, recirkulacijom se može mešati sa svežim i na taj način bi se sprečilo nepotrebno zagrevanje pošto vazduh koji se odvodi iz prostorije već ima određenu temperaturu. Kaloriferi koji služe u zimskom periodu za grejanje bi bili nepotrebni pošto bi prostorija mogla da se greje pomoću tretiranog vazduha u pripremnoj grupi za vazduh. Kompletan sistem bi bio ispraćen sa strane automatike, posedovao bi merače temperature postavljene na ulazu vazduha u kanal, zatim ispred mešačke kutije i na usisu centrifugalnog ventilatora, koji bi regulisali temperaturu vazduha koji se ubacuje u prostoriju. Šema ovakvog sistema je prikazana na slici 4.12.


Slika 4.12 –Šema pripreme vazduha

Oznake sa slike su sledeće:

Tae - temperatura svežeg vazduha,

Cwh –komanda upravljanja zagrejačem vode

Tai - temperatura vazduha iza mešajuće komore,

Cvp – komanda upravljanja položajem ventila

Tws - temperatura zagrejane vode,

Cbs – komanda brzine ventilatora

Tao - temperatura pripremljenog vazduha,

Fa – merenje protoka vazduha

Cde – komanda upravljanja regulacione rešetke K PI – signali PI kontrolera svežeg vazduha Cdr - komanda upravljanja regulacione rešetke povratnog vazduha

Pogon regulacionih klapni se može izvesti kao elektro pneumatski kao što je prikazano na slici, što bi zahtevalo upravljački vazduh, ili se može izvesti sa elektro mašinskim pogonima. Ovakvom izvedbom pripremne grupe za vazduh postigli bi uštedu 10-20% energije, stim što bi se troškovi za montažu ovakvog sistema u toku kasnijeg perioda anulirali. Sistem je primenjiv i energetski efikasan, ukoliko postoji uslov za zagrevanje vazduha pomoću razmenjivača toplote koji koristi toplu vodu.

ZAKLJUČAK


Sistemi za klimatizaciju (grejanje i hlađenje) su izuzetno važni jer obezbeđuju osnovnu ulogu regulisanja temperature okruženja, obezbeđenje stabilne temperature čoveka i životnog opstanka, pa sve do složenih industrijskih zahteva. Međutim, činjenica je i to da su ovi sistemi izuzetni potrošači energije. To znači da treba da budu pod stalnom pažnjom ljudi koji se bave energetikom te da se stalno unapređuju po pitanju efikasnonosti. Veštačko hlađenje neizostavno zahteva utrošak mehaničkog rada, pa se koncept energetske efikasnosti u oblasti tehnike svodi na smanjenje energije za pogon rashladne mašine. Termodinamički gledano, unapređenju rashladnih procesa doprinosi svaka mera čiji je rezultat smanjenje nepovratnosti procesa. Iz toga proizilazi osnovno pravilo rashladne tehnike: nikada ne treba hladiti niže nego što je bezuslovno potrebno, a temperaturu toplotnog ponora treba premašiti što je moguće manje. Glavni koncept EE u oblasti industrijskih rashladnih uređaja podrazumeva: 

Odgovarajući izbor koncepata rashladne instalacije (vrsta rashladnog fluida, tip i veličina rashladnog kompresora, korišćenje otpadne toplote i sl.),



Korišćenje energetski efikasnih elemenata opreme (efikasni kompresori sa što manjom specifičnom potrošnjom energije, vijačni kompresori sa promenjivim geometrijskim stepenom sabijanja i sl.),



Korišćenje uređaje i elemenata opreme koji potpomažu koncept EE (eliminisanje vazduha i nekondenzujućih gasova iz instalacije, održavanje čistoće instalacije, kontrola i optimizacijapritiska kondenzacije i sl.),



Redovno servisiranje komponenti i sistema u cilju održavanja projektovane efikasnosti ( redovna kontrola i servisiranje opreme, redovno i blagovremeno čišćenje razmenjivača toplote, održavanje elemenata automatike i sl.).

Važno je istaći da se energetska efikasnost nikako ne sme posmatrati kao štednja energije. Štednja uvek podrazumeva određena odricanja, dok efikasna upotreba energije nikada ne narušava uslove rada i življenja.

LITERATURA

Seminarski EEM

Recommend Documents