České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební ESB2 Výroba, distribuce a emise chladu v budovách Část 2 Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov
Osnova přednášky Přednáška Chlazení 2 Centrální systémy chlazení - pokračování Alternativní systémy chlazení Příklady zajímavých instalací
Distribuce chladu - řešení systému kapalinových rozvodů, vč. materiálového obdobné jako u otopných soustav, tzn. rozvodů tepla Distribuční medium Kapaliny voda v rozsahu teplot 6 18 C, směsi ethylenglykolu a vody pro teploty pod 6 C pozor mění se fyzikální vlastnosti (klesá měrná tepelná kapacita, roste viskozita vyšší tlakové ztráty) roztoky solí Tepelná zátěž je odváděna přes výměník sdílející chlad do prostoru velkoplošné systémy sálavý tok, výměníky voda/vnitřní vzduch podobně jako klimatizace Vzduch Centrální systémy chlazení Klimatizační systémy, přímý přívod chladícího vzduchu pro odvod tepelné zátěže Konvektivní proud odvádí teplo z vnitřního vzduchu, povrchů konstrukcí, vybavení
Centrální systémy chlazení Distribuce chladu Materiálové řešení Izolace ocelové, měděné potrubí, plasty možné pozor na křehnutí plastů při nízkých teplotách a reakce s glykolovými nemrznoucími příměsemi celkové izolování veškerého potrubí vč. armatur Parotěsné! vodní pára nesmí prostupovat izolací na povrch potrubí tloušťka izolace nutný výpočet, zamezení kondenzace na povrchu izolace materiály kaučukové izolace Správné provedení I na takových detailech se projeví kondenzace
Distribuce chladu Koroze rozvodů Centrální systémy chlazení vnitřní (vznik el. vodivého článku mezi prvky rozvodů) vnější (kondenzace vodních par na povrchu rozvodů chladu = důkladné řešení těsné tepelné izolace) Systémové řešení rozvodů Může se kombinovat se systémem vytápění: dvoutrubní systém (přívod a zpátečka UT+CHL nutná přepínání režimu) třítrubní systém (přívod UT+CHL oddělené, zpátečka společná) čtyřtrubní systém (oddělený přívod i zpátečka pro UT+CHL, nezávislé optimální reakce na změnu režimu provozu) Dvojtrubní rozvod Třítrubní rozvod Čtyřtrubní rozvod
Centrální systémy chlazení Distribuce chladu zabezpečovací zařízení - obdoba teplovodních systémů otopných soustav zabezpečení proti nadměrnému přetlaku každý zdroj chladu musí být opatřen pojistným ventilem zabezpečení při změně objemu pracovní teploty výrazně nižší než u otopné soustavy přesto probíhají objemové změny pracovního média obvykle vychází menší expanzní objemy η stupeň využití expanzní nádoby [-] [l] p h,dov,a p d,a nejvyšší dovolený absolutní tlak (p h,dov,a = p h,dov + p B ) [kpa] hydrostatický absolutní tlak [kpa] zabezpečení kvality chladícího média nutné řídit se požadavky výrobce zdroje chladu obvykle stačí neutralizace ph, případně demineralizace (větší instalace chlazení se doplňují i o malé úpravny vody pro dopouštění) ochrana proti mechanickým nečistotám, p B barometrický tlak [kpa]
Příklad připojení vzduchem chlazené chladící jednotky Centrální systémy chlazení
Centrální systémy chlazení Emise chladu - sdílení chladu do cílového prostoru klimatizací chlazení vzduchu, který slouží jako distribuční médium chlazení ve vzduchotechnické jednotce chlazení v koncových částech fancoily, indukční jednotky, airboxy aj. čtyřtrubkový rozvod FCU vytápění i chlazení distribuční mřížky
Centrální systémy chlazení Emise chladu - sdílení chladu do cílového prostoru zařízení přímo spojené s rozvodem chladu chladící povrchy stropy, případně stěny kapilární rohože, trubkové smyčky, lamely aj. a) Masivní chladicí strop jako součást stropní konstrukce b) Modulační klima deska c) Chladicí panely umístěné v podhledové konstrukci opatřené izolací d) Lamelový chladicí strop upevněný na vodní potrubí e) Otevřený chladicí strop v podobě protlačovaných profilů s vodními kanály f) Kapilární systém umístěný v omítce
Centrální systémy chlazení Regulace systémů chlazení obecně probíhá podle klimatických podmínek s možnou korekcí podle interiéru regulace na zdroji chladu chladící výkon se obvykle řídí podle teploty vratné vody z rozvodu chlazení příp. nadřazeným systémem cílem je udržet požadovanou výstupní teplotu kompresorové chladiče mají obvykle regulaci kompresoru (cca od 50 do 100 %) při dvouokruhovém uspořádání lze na kompresorech regulovat 25 až 100 % chladícího výkonu není vhodné měnit průtok pracovního média na straně výparníku jednoduchá oběhová čerpadla okruh chlazení kondenzátoru musí být podřízen regulaci chladící jednotky (u menších systémů pracuje autonomně podle vstupní teploty do výměníku)
Centrální systémy chlazení Regulace systémů chlazení obecně probíhá podle klimatických podmínek s možnou korekcí podle interiéru regulace na rozvodu typické postupy jako pro otopné soustavy často se používá třícestné armatury v tzv. rozdělovací funkci kvantitativní regulace průtoku (nikoliv teploty) vzhledem k nízkým rozdílům teplot mezi přívodem a zpátečkou je nutné zabránit vzájemnému ohřívání a ochlazování například kombinované R/S, hydraulické spojky, netěsné armatury aj.
Alternativní systémy chlazení Alternativní chlazení při využití běžných součástí systému Volné chlazení (Free cooling) Využití za předpokladu kdy t i > t e Zpravidla doplnění kompresorového cyklu Vzduchem chlazené suché chladiče, chladící přes výměník okruh chladící vody Zdroj chladu Volné chlazení Spotřebiče chladící vody
Alternativní systémy chlazení Volné chlazení (free cooling) Glykolové volné chlazení (samostatný okruh nejčastější) Centrální zdroj s glykolovým volným chlazením Přímé volné chlazení vzduchem kondenzátor je zároveň suchým chladičem Chladiče Suché Mokré (chlazení odparem rozstřikované vody)
Alternativní systémy chlazení Příklad zapojení systému volného chlazení Chladící jednotka kondenzátor výparník FCU/VZT Okruh chlazené vody
Alternativní systémy chlazení Zdroje chladu - alternativní možnosti chladící zařízení s vodním chladícím oběhem - využití vody jako chladiva nejekologičtější a nejpřirozenější chladivo (označení R 718) větší chladící výkony cca 500 kw a výše. není příliš rozšířeno - vysoké a pořizovací náklady chlazení vodou ze studní čerpání vody (přímé, nepřímé chlazení) zemní sondy - využití zemního chladu umístění zemních sond podmíněno dostatečnou vzdáleností technologicky náročné řešení závisí na místních geologických podmínkách VŽDY nutné schválení orgánem spravujícím vodní zdroje v lokalitě Plnit jimi stanovené limity ZEMNÍ CHLAD SPODNÍ VODA
Alternativní systémy chlazení Zdroje chladu - alternativní možnosti Příklad využití kombinace strojního chlazení a vodoteče čerpání vody z řeky pro chlazení kondenzátoru tepelného čerpadla využití i pro přímé chlazení - možné pouze v případě povolení správcem vodoteče - sdílení chladu s okruhem v objektu výhradně přes vložený výměník využití: - pro přímé chlazení chladícího okruhu budovy v přechodném období v době nižší potřeby chladu - v případě vysoké potřeby chladu v létě chladí okruh chlazení kondenzátorů chladících jednotek - nutné mít k dispozici chladící věže paralelně se sestavou řekou chlazeného výměníku - omezení čerpání vody podle stavu ve vodoteči, nutné pravidelné čištění výměníku, provozovatel musí zaručit nedotčení kvality říční vody
Alternativní systémy chlazení Zdroje chladu - alternativní možnosti zemní chlad chlazení, resp. odvlhčování venkovního vzduchu před jeho přívodem do budovy v létě či jeho předehřátí v zimě vzduch je nasáván přes potrubí (plast, beton, zděné aj.) uložené v zemním masivu v oblasti s celoročně malými změnami teploty (min. 1,8 m, může být i pod objektem). uspořádání možné průtočné jedním směrem i cirkulační výhodou je předehřev v zimním období, předchlazení, případně odvlhčení v letním období trasa může být přímá i tvarovaná (čištění!), délka min. 25 m, uložení potrubí pod volným terénem i pod budovou. výhodné jsou zeminy s vysokým obsahem vody (jíly), naprosto nevýhodné jsou písky, spraše apod. problém je s návrhem dostatek relevantních vstupních údajů, proměnnost prostředí včase měnící se parametry sdílení tepla
Alternativní systémy chlazení Zdroje chladu - alternativní možnosti chlazení sorpčním odvlhčováním vzduchu (chlazení přiváděného vzduchu) 2 7 3 1 3 2 4 6 Chlazení sorpčním odvlhčováním - schéma převzato z podkladů firmy Robatherm (zastoupení firmou OK- Puls s.r.o. ) Chlazení sorpčním odvlhčováním hx diagram
Příklady zajímavých instalací Chladící zařízení příklady instalací Stroje pro centrální chlazení obchodního domu Qchl = 500kW Chladič kondenzátoru pro centrální zdroj chladu Qchl = 160kW
Příklady zajímavých instalací Chladící zařízení příklady instalací Zdroj chladu umístěný na střeše v historické zástavbě Split jednotky pro každou kancelář (Portugalsko Lisabon)
Děkuji za pozornost Daniel Adamovský ČVUT Fsv, katedra TZB email: daniel.adamovsky@fsv.cvut.cz