Лъчисто охлаждане

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2011

Възможност за постигане на добър комфорт и икономическа ефективност

      В последните години водните лъчисти охладителни системи бележат сериозен ръст, привличайки вниманието на специалистите с възможностите за реализиране на комфортна, енергийно и икономически ефективна система за охлаждане на помещения с различно предназначение, големина или височина. Освен за офис и жилищни сгради, тези системи се считат за подходяща алтернатива на климатичните инсталации за помещения с големи обеми като производствени помещения, хангари и други. Според специалисти в областта, с лъчистото охлаждане може да се постигне немалко намаляване на консумацията на енергия и на върховите охладителни товари. Подобно на водното лъчисто отопление, лъчистото охлаждане поддържа комфортни температури чрез циркулирането на вода или разтвор на вода и антифриз през тръби от полимерни или медни тръби, които преминават през ограждащите елементи на помещението – под, стени, таван. Както е добре известно, при водното лъчисто отопление топлинната енергия се предвижва от загрятата повърхност към по-студената част на помещението. При лъчистото охлаждане на практика се осъществява обратният процес. Топлинната енергия се предвижва от по-топлата част на помещението към студените ограждащи повърхности, през които преминава охлаждаща течност. Те абсорбират топлинната енергия, излъчена от хората и заобикалящите ги предмети, като по този начин намаляват температурата в помещението.

Комфорт и икономическа ефективност
При използване на лъчисто охлаждане се осигуряват няколко възможности за поддържане на висок комфорт в помещението при ниски енергийни разходи. Сред възможностите е използването на една система както за охлаждане, така и за отопление. Твърди се, че някои системи позволяват дори пренасянето на топлина от едната част на сградата към другата. Като допълнителен плюс на тези системи се посочва и фактът, че тъй като охлаждащата повърхност обикновено е с температура само с няколко градуса по-ниска от поддържаната температура на въздуха в помещението, това дава възможност да се използват съвременни енергийно ефективни източници на студ като термопомпени системи, например.

Принцип на работа
Често системите за отопление, вентилация и климатизация на производствени и други големи помещения е организирано на база системи, използващи загрят или охладен въздух. С помощта на вентилатори и въздуховоди, предварително обработеният въздух се доставя до помещенията, което обаче е свързано и с немалки разходи за електроенергия. Системите за водно лъчисто охлаждане, от своя страна използват тръби, вградени в ограждащите елементи, през които циркулира охлаждаща течност. Счита се, че това е по-добрият вариант за климатизация на помещението в сравнение с използването на охладен въздух, от гледна точка на икономическата и енергийна ефективност.

Основна разлика между лъчистите охладителни системи и стандартните системи за климатизация се явява механизмът на предаване на топлина. При климатичните системи, използващи въздух, както е добре известно, се разчита основно на конвективен топлообмен, докато при лъчистото охлаждане се разчита на комбинацията от лъчист и конвективен топлообмен, като обикновено лъчистият топлообмен превишава конвективния. Приблизително около 50 - 60% от топлообмена при лъчистите охладителни системи се дължи на лъчист топлообмен, останалите 40 – 50% са за сметка на конвективен топлообмен. Благодарение на лъчистия топлообмен, лъчистите охладителни системи могат да осигурят комфорт при по-високи температури на вътрешния въздух в сравнение със системите за климатизация, използващи охладен въздух. Тръбите, които обикновено преминават през тавана, поддържат температурата на повърхността от около 18 оС. Излъчваната от намиращите се в помещението хора топлина се абсорбира от тази охладителна повърхност. В повечето случаи, като студоносител при лъчистите охладителни системи, се използва вода. Благодарение на топлинните характеристики на водата лъчистите охладителни системи могат да отведат, отделяното количество топлина от сградите, като използват по-малко от 25% от енергията, която би била необходима за транспортирането на същото количество топлина при използване на въздух за охлаждане. Също така с тях може да се постигне изместване на върховите охладителни товари по-късно през деня и да се осигури по-лесно взаимодействие със системи за съхраняване на топлина. Тъй като лъчистите охладителни системи могат да използват по-голяма повърхност за топлообмен (обикновено лъчистата повърхност заема по-голямата чест от тавана или от вертикалните стени), температурата на охлаждащата вода трябва да бъде само няколко градуса по-ниска от температурата в помещението. Малката температурна разлика между температурата на въздуха в помещението и на охлаждащата вода позволява използването на термопомпи с много висок коефициент на преобразуване (СОР), както и на алтернативни охлаждащи източници като например индиректни изпарителни охладители за постигане на по-голямо намаление на консумацията на електрическа енергия от сградата. Също така, поради лекотата на управление на водния поток, независимото управление на отделните зони е относително просто.

Препоръчително е предвиждането на вентилация
Основно изискване при лъчистите охладителни системи е температурата на охладителната вода да бъде над точката на росата т. е. в границите от около 13 - 16 оС, с цел да се предотврати възможността за образуването на конденз. Поради по-малките температурни разлики между температурата в помещението и температурата на охлаждащата вода, лъчистите охладителни системи се нуждаят от по-голям дебит за достигане на необходимата мощност. Дебитът на водата при лъчистите охладителни системи е приблизително двоен в сравнение с този на конвенционалните водни охладителни системи. Дори с по-високи дебити, лъчистите охладителни системи имат сравнително малка мощност. Необходимостта температурата на охладителната вода, достигаща до охладителния таван, да е над точката на роса, е причината лъчистите охладителни панели да не могат да осигурят латентно охлаждане. Поради това се препоръчва допълнително да се предвиди вентилационна система за осигуряване на пресен въздух, което дава възможност да се управляват влажността и качеството на въздуха в охлажданото помещение. На практика, за вентилация и климатизация на помещението се използват две системи - вентилационна система за подаване на първичен въздух за покриване на вентилационните изисквания и вторична водна система за осигуряване на комфортна среда в помещението. По мнението на специалисти, разделянето на вентилацията и охлаждането повишава комфортните условия, спомага за повишаване качеството на въздуха в помещенията, както и подпомага управлението и зонирането на системата.

Друго предимство на тези системи се явява и фактът, че тук за вентилационната система и прилежащите и въздуховоди е необходимо само около 20% от мястото необходимо за конвенционалните ОВК системи, което води и до намаляване на стойността на водното охлаждане. В същото време транспортирането само на въздух за вентилационни цели значително намалява количеството и скоростта на транспортирания въздух през сградата, което на практика елиминира теченията. Също така, тъй като въздухът не играе особена роля при охлаждането, неговата температура може да е близка до температурата на въздуха в помещението. Това намалява проблемите, причинени от утечки и топлинни загуби от въздуховодите.

Подходи за предпазване от кондензация
Освен осигуряването на охлаждане на сградата, работата на лъчистата охладителна система трябва да предпазва или минимализира ефектите, свързани с наличието на студена повърхност в помещението. Предпазването от тези вредни странични ефекти ограничава охладителната мощност на лъчистото охлаждане.

Първият страничен ефект е влошаването на комфорта, дължащо се на асиметричния характер на лъчистата охладителна повърхност в помещението. Вторият страничен ефект е кондензацията. Теоретично, повърхностната температура на лъчистата повърхност трябва да не бъде по-ниска от температурата на кондензация на въздуха в охлажданата зона. Обикновено, за минимализиране на риска от кондензация вътре в помещенията, в които се използва лъчисто охлаждане, се прилагат следните решения: контрол на вътрешните и външните източници на влага; намаляване на температурата на кондензация чрез изсушаване на подавания въздух съобразно температурата на лъчистата охладителна повърхност или за определено ниво на температура на кондензация на околния въздух, да се поставят ограничения за минимална температура на лъчистата повърхност. В практиката често се използва комбинация от тези три стратегии в зависимост от особеностите на сградата. Възможни подходи са предварително загряване и изсушаване на подавания в помещението въздух или поддържане на температурата на лъчистата повърхност с около 2 оС по-висока от средната температура на кондензация на околния въздух.

Използвани лъчисти охладителни системи
Използват се основно три метода за доставяне на охладена вода в лъчистите охладителни системи. Най-широко използвана е системата от алуминиеви панели, към които са прикрепени тръби, през които преминава охлаждащата течност. Тези панели могат да бъдат разположени по пода, стените, тавана. Възможен източник на проблеми при алуминиевите панели е връзката между панела и тръбите. При недоброто й изпълнение топлообменът между тръбите и панела се влошава, което води до повишаване на температурната разлика между повърхността на панела и охлаждащия флуид. При панелите тип “сандвич” охлаждащият флуид преминава между два алуминиеви панела. По този начин се намалява проблемът с предаването на топлина и се увеличава охлажданата повърхност на панела.

Друг метод е използването на капилярна тръбна система, състояща се от малки, гъсто разположени гъвкави тръби, които са положени в пластмасова или гипсова повърхност. Третият използван метод се базира на водното подово отопление, а именно тръбите се вграждат в бетонния таван на помещението. Възможността за акумулиране на топлина от тавана позволява изместване на върховото натоварване, но ограничава възможностите за управление на системата.

В този случай се препоръчва поддържане на сравнително висока температура на повърхността на тавана, за да се избегне създаването на неблагоприятни условия, които биха могли да възникнат при внезапен спад в товарите. От друга страна, необходимостта от поддържане на по-висока температура ограничава охладителната мощност на системата.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top