Jednoduše vysvětlené zvlhčování vzduchu:
Jak funguje adiabatické chlazení?
1. Faktory ovlivňující dosažitelný chladicí účinek
Při nepřímém odpařovacím chlazení probíhá zmíněné odpařování vody na straně výstupu odpadního vzduchu zařízení RLT, přičemž teplý venkovní vzduch se zchlazuje přes následující rekuperaci tepla. Dosažitelné ochlazení venkovního vzduchu je tedy závislé na množství odpařené vody na straně odváděného vzduchu a na konstrukci, jakož i na účinnosti využití odpadového tepla. Přičemž lze odváděný vzduch zvlhčovat tak, až je téměř nasycen, aniž by v přiváděném vzduchu došlo k nárůstu vlhkosti.
Kromě rychlosti, kterou vzduch proudí odpařovacím chladičem, závisí odpařené množství vody, a tím dosažitelné chlazení, na stavu vzduchu, ve kterém vstupuje do odpařovacího chladiče.
Rozhodující jsou u toho:
vlhkosti a o tolik menší je chladicí efekt
vlhkosti je schopen pojmout, a tím nižší je dosažený pokles teploty
Teoretická hranice odpařovacího chlazení je dosažena při kompletním nasycení vzduchu vodou – tedy při relativní vlhkosti vzduchu 100 %. V zařízeních RLT lze s hospodárnými náklady dosáhnout podle typu konstrukce použitého odpařovacího chladiče zvýšení vlhkosti na hodnoty 92 až 95 %.
2. Úspory energie pomocí nepřímého odpařovacího chlazení v zařízení RLT
Senzibilní energetická spotřeba chlazení budovy je v podstatě určena dopadajícím slunečním zářením jakož i vnitřním tepelným zatížením od osob, vybavení a osvětlovacích systémů. K dodržení přípustné vlhkosti v místnostech je podle stavu venkovního vzduchu a vnitřních zdrojů vlhkosti navíc třeba latentní chladicí energie.
Nepřímé odpařovací chlazení je vhodné pro citlivé chlazení přiváděného vzduchu. Latentní chlazení, které je třeba k odvlhčení, nebo citlivé chlazení, které překračuje možnosti odpařovacího chlazení, musí být provedeno mechanickým, ale podstatně menším, správně dimenzovaným chladicím zařízením. Při správné koncepci zařízení se nepřímým odpařovacím chlazením ušetří zřetelně více elektrické hnací energie na mechanické chlazení než je jí třeba pro překonání dodatečné tlakové ztráty způsobené dodatečným ventilátorem odpadního vzduchu.
Je-li třeba znát již během stádia plánování, kolik energie se nepřímým odpařovacím chlazením regenerativně spotřebuje a kolik se skutečně ušetří, lze tyto hodnoty zjistit simulačním výpočtem pro provoz zařízení RLT v příslušném místě instalace. Do této simulace musí být zahrnuty vnější atmosférické podmínky, které se vyskytují v daném místě během roku, a také relevantní parametry plánování zařízení RLT.
3. Příklad výpočtu simulovaného zařízení RLT
Simulace zařízení RLT s nepřímým odpařovacím chlazením
Energetický příspěvek nepřímého odpařovacího chlazení nyní předvedeme na základě vzorového simulačního výpočtu vzorové budovy. To znamená, že výpočet bude proveden na základě meteorologických údajů stanoviště, jak velká je celková práce při chlazení vzorové budovy a jaký příspěvek z ní přinese nepřímé odpařovací chlazení v průběhu roku. Výsledky pak mohou být použity jako realistický podklad pro správné dimenzování zařízení a k hodnocení hospodárnosti tohoto efektivního opatření v průběhu plánování zařízení.
Parametry plánování pro vzorovou budovu
Výpočet simulace byl proveden pro konstrukční provedení přístroje RLT zobrazené na obrázku 1, přičemž byly předpokládány teplotní průběhy a parametry pro daný případ chlazení, jak jsou zobrazeny na obr. 2. Provoz zařízení probíhá s letní kompenzací teploty vzduchu a klouzavým poklesem teploty přiváděného vzduchu. Rekuperace tepla se provádí v tomto příkladu v deskovém tepelném výměníku bez přenosu vlhkosti ze strany odpadního vzduchu na stranu přívodu vzduchu a bez proudění vzduchu unikajícího netěsnostmi. Poměr mezi odpadním a přiváděným objemovým tokem se předpokládá 1:1.
| Následující další parametry plánování jsou relevantní pro simulaci zařízení, a proto byly vzaty v úvahu: | |
|---|---|
| Objemový tok vzduchu v zařízení RLT: | 52.500 m³/h |
| Využité dny za týden: | 7 d |
| Začátek používání: | 6:00 h |
| Nárůst vlhkosti v prostoru: | 1,0 g/kg |
| Minimální a maximální vlhkost v místnosti: | 40/65% r. vlh. |
| Hystereze odpařovacího chlazení: | 1,0 K |
| Účinnost zvlhčování: | 94% |
| Účinnost využití odpadního tepla: | 0,75 |
Celkové energetické příspěvky za rok představují součet výsledků jednotlivých hodin v roce, které byly zjištěny simulací. Výpočty jsou založeny na statistických datech lokalit z globální meteorologické banky Meteonorm verze 6.1 pro 5 lokalit Berlín, Mnichov, Stuttgart, Vídeň a Bregenz.
Diskuse k výsledkům simulace
Simulace výrazně znázorňuje práci potřebnou na chlazení během roku a její rozložení na mechanické chlazení, nepřímé odpařovací chlazení a rekuperaci tepla. Odlehčení, které přináší samotná rekuperace tepla z odpadního vzduchu z budovy, je i při zvoleném koeficientu rekuperace 0,75 odpovídajícím způsobem nízké z důvodu malého využitelného teplotního rozdílu při chlazení. Jestliže se však dosáhne dalšího snížení teploty odpadního vzduchu nepřímým odpařovacím chlazením, povede to k markantnímu nárůstu energetického příspěvku.
Výsledky simulace, které jsou založeny na množinách dat normálního léta, ukazují při dlouholetém provozu zařízení průměrné energetické příspěvky, kterých lze dosáhnout, a proto je simulace vhodná k hodnocení dosažitelné úspory energie nepřímým odpařovacím chlazením a jeho hospodárnosti. Jestliže budeme během roku hodnotit velmi rozdílné stavy venkovního vzduchu, bude rychle patrné, že technická chladicí zařízení musí za všech vzniklých podmínek přinášet přiměřený chladicí výkon. Proto by mělo dimenzování zařízení odpovídat extrémním hodnotám teplého léta, které vyplynou z výsledků použité simulace. Má-li být navíc zohledněn budoucí vývoj klimatu, lze modelovou simulaci provádět s meteorologickými údaji budoucnosti, pokud je splněn předpoklad jejich odpovídající reprezentativnosti.
Výsledky simulace se vztahují na příklad zařízení RLT v 5 vybraných stanovištích. Energetický příspěvek nepřímého odpařovacího chlazení snižuje podstatně chladicí výkon, který musí dodávat mechanické chladicí zařízení k ochlazení budovy.
| QK(32°C, 40% rel. vlh.) | Celkový výkon chlazení při standardních venkovních atmosférických podmínkách |
| QK, celkem* | Celkový chladicí výkon (extrémní hodnota) |
| QK, mechanické* | Mechanický chladicí výkon (extrémní hodnota) |
| QK, odpařování + WRG* | Výkon regeneračního chlazení (extrémní hodnota) |
| WK, celkem | Celková vnesená chladicí energie za rok (průměrná hodnota) |
| WK, mechanické | Energetický podíl mechanického chlazení (průměrná hodnota) |
| WK, odpařování | Energetický podíl nepřímého odpařovacího chlazení (průměrná hodnota) |
| WK, WRG | Energetický podíl rekuperace tepla (průměrná hodnota) |
| ηReg | Regenerativní podíl (střední hodnota) |
Jak simulace ukazuje, nepřímé odpařovací chlazení přináší pozoruhodný regenerativní příspěvek. Přitom vznikají, při jinak stejném dimenzování zařízení, významné rozdíly plynoucí z odlišných údajů povětrnostních podmínek vybraných stanovišť. Při regionálně vyšší vlhkosti vnějšího vzduchu, tedy když je třeba také více odvlhčovat, vykazuje energetický příspěvek nižší podíl. To se projevuje výrazně ve městě Bregenz, které je polohou přímo na východním břehu Bodamského jezera odpovídajícím způsobem klimaticky ovlivňováno. Celkový regenerativní podíl vyplývá ze souhrnu energetických příspěvků nepřímého odpařovacího chlazení a rekuperace tepla. Toho se dosahuje ve vybraných stanovištích budov v rozmezí 40 až 56,6 % z celkové roční energie na chlazení.
Otázka hospodárnosti
Největší překážku při využívání obnovitelných zdrojů energie představuje v praxi hospodárnost. Opatření ke zvýšení účinnosti (například nepřímé odpařovací chlazení) se musí vyplatit. Vznikající vícenáklady při investicích musí být opět pokryty dosaženými úsporami za provozu. Toto bilancování musí být provedeno pro každou budovu samostatně. Spolehlivá simulace zařízení zviditelňuje souvislosti a umožňuje provést realistické srovnání s konvenčními opatřeními chlazení budov.