41

UŠTEDE ENERGIJE DIREKTNIM EVAPORATIVNIM HLAĐENJEM:

STVARNA PRIMENA U MADRIDSKOM METROU I SIMULIRANA PRIMENA U KANCELARIJI U SIDNEJU

RAUL SIMONETTI, Systems for Humidity Control, CARELL INDUSTRIES S.r.l., Brugine (Padova), Italy

Voda spontano isparava u kontaktu sa vazduhom, tako što apsorbuje oko 680 W/(kg/h) isparele vode iz vazduha (1,053 BTU/lb).

Direktno evaporativno hlađenje (DEH) koristi ovaj jednostavan fizički fenomen za postizanje visokog rashladnog kapaciteta sa malom potrošnjom energije, pomoću isparavanja vode (voda se obično raspršava u vrlo sitne kapljice, kako bi se obezbe-dilo maksimalno isparavanje).

U radu se opisuje ušteda energije primenom rashladnog sistema sa direktnim evaporativnim hlađenjem koji je postavljen u stanici metroa u Madridu. Nakon toga sledi analiza godišnje uštede energije koja bi se postigla primenom hipotetičkog sistema DEH-a u klima-komori za kancelarije u Sidneju.

Water evaporates spontaneously in contact with the air, absorbing around 680 W/(kg/h of evaporated water) from the air (1,053 BTU/lb).

Direct Evaporative Cooling (DEC) exploits this simple physical phenomenon to achieve high cooling capacities with low energy consumption, by evaporation of wa-ter (this is normally atomised into very fine droplets to ensure maximum evaporati-on).

This article describes the energy saving of a direct evaporative cooling system implemented at a Madrid metro station. Following this is an analysis of the annu-al energy savings achievable from a hypothetical DEC system in an AHU for offi-ces in Sydney.

Ključne reči: direktno evaporativno hlađenje; primena; metro u Madridu; kancelarije u Sidneju; ušteda energije

Key words: direct evaporative cooling; application; Madrid metro; offices in Sydney; energy savings

1. Uvod Vazduh se može hladiti na više načina. U ovom radu se ispituje tradicionalni me-

tod čiler + rashladna cevna zmija, slobodno hlađenje + DEH i njihove kombinacije.

42

Što se tiče DEH-a, voda spontanto isparava kada je u kontaktu sa nezasićenim vazduhom, pri čemu se latentna toplota isparavanja oduzima od vazduha; vazduh se zbog toga hladi i vlaži u isto vreme. Pod pretpostavkom da se ova razmena energije ograničava na sistem koji čine vazduh i voda, proces hlađenja se naziva direktno adi-jabatsko hlađenje ili direktno evaporativno hlađenje (DEH): hlađenje, jer se tempera-tura vazduha snižava; adijabatsko, jer se razmena energije dešava potpuno u okviru sistema vazduh+voda1 direktno, jer voda isprava u vazdušnu struju koja se hladi.2

Toplota koja se oduzima vazduhu jednaka je latentnoj toploti isparavanja, za koju se može pretpostaviti da iznosi 680 W/(kg/h isparele vode) (1,053 BTU/lb). Smanjenje temperature vazduha je sve veće kako se povećava masa isparele vode po jedinici vremena; u suštini, da bi se vazduh ohladio više, s jedne strane mora se pove-ćati masa vode u kontaktu sa vazduhom (prostim povećanjem protoka); s druge stra-ne, brzina isparavanja mora biti veća. Da bi se povećala brzina isparavanja, površi-na kontakta vode i vazduha mora da bude veća; jedan jednostavan i energetski efika-san metod podrazumeva raspršivanje vode u vrlo sitne kapljice (na primer, da bi se 1 L vode raspršio u kapljice čiji je prosečan prečnik 10 µm, ukupna površina3 kapljica mora da iznosi 600 m2 – 6,458 ft2).

U sledećem poglavlju opisan je raspršivač korišćen za DEH u stanici metroa u Madridu. Zatim slede opis instalacija metroa i procena uštede koja se može postići u kancelarijama u Sidneju.

2. Raspršivač vode pod pritiskom Raspršivač pod visokim pritiskom korišćen u stanici metroa u Madridu jeste

adijabatski ovlaživač/raspršivač sa volumetrijskom pumpom koja doprema demine-ralizovanu vodu (1–50 µS/cm, 0–25 ppm CaCO3) pri visokom pritisku (20–28 bar, 290–1,160 PSI) do specijalnih mlaznica od nerđajućeg čelika koje raspršuju vodu ne koristeći komprimovani vazduh. Postoje razni modeli ovakvog sistema, za kanale/klima-komore ili prostorije, sa protokom od 60 l/h do 5,000 l/h (317 GPD do 26,400 GPD), stalnom modulacijom ili stepenastom regulacijom zasnovanom na spoljnom signalu, tako da se izbegne gubljenje vode; svi modeli imaju malu potrošnju energi-je, između 5 i 10 W/(l/h) raspršene vode, uključujući spoljnu instalaciju za reverzi-bilnu osmozu.

Slika 1 predstavlja strukturu raspršivača pod visokim pritiskom za kanale/kli-ma-komore, koju čine sledeći elementi:

– orman, tj. kućište sa volumetrijskom pumpom koja doprema vodu pod priti-skom do mlaznica, regulatora i raznih elektromehaničkih komponenti i komponen-ti vodenog kola;

– ram sa mlaznicama raspršivača poređanih na vertikalnim magistralama, regu-lacijom kapaciteta i odvodnim ventilima i drugim komponentama za cevi.

1 U stvarnosti, proces nije u potpunosti adijabatski, ali je odstupanje od idealne situacije zanemarljivo.2 Takođe postoji i indirektno evaporativno hlađenje, gde se koristi razmenjivač toplote unakrsnog toka u

vazdušnoj struji koja se hladi bez mešanja ova dva fluida; jednu struju predstavlja vazduh koji se hladi, drugu predstavlja izlazni vazduh, zasićen i adijabatski rashlađen pre ulaska u razmenjivač toplote.

3 Ukupna površina kapljica sa prečnikom D i ukupnom zapreminom V jeste 6 × V/D.ifV = 1 dm3 (0,0035 ft3) i D = 10 µm = 10 dm (3,28084 × 10–5 ft), ukupna površina jednaka je 600 m2 (6,458 ft2).

43

Slika 1. Raspršivač humiFog za klima-komoru: glavne komponente: 1 – orman tj. ku-ćište sa volumetrijskom pumpom, 2 – mlaznica raspršivača, 3 – ram za klima-komo-

ru sa separatorom kapljica AISI 304

Rasprišivač pod visokim pritiskom: potrošnja energije Raspršivač povećava vlažnost vazduha isparavanjem raspršene vode, pri čemu: – ΔW predstavlja povećanje specifične vlažnosti u gv/kgda;– GE predstavlja protok u m3/h vazduha čija se vlažnost povećala; – 1,2 kg/m3 predstavlja prosečnu gustinu vazduha (0,007 lbs/ft3) ; – 10 W/(L/h) specifična potrošnja energije sistema koja se pominje u ovom

radu, uključujući i spoljašnji sistem reverzibilne osmoze. Ulaz energije u kW u raspršivač kojim se povećava ΔW jeste: PhumiFog = specifična energija × raspršena vazdušna struja = specifična energija

× (vazdušna struja × gustina × ΔW u gv/kgda) =

10 3/ 1,2 u kW1,000 1,000 250,000E E

WWL h G G W∆ × × × = ×∆

(1)

Raspršivač pod visokim pritiskom u kanalima/klima-komorama: aspekti higijene i održavanja

Sistem koji je korišćen u stanici metroa u Madridu u skladu je sa higijenskim standardima za raspršivače u kanalima/klima-komorama, prema VDI 6022, strana 1 (04/06) , VDI 3803 (10/02), SWKI VA 104-01 (04/06), ONORM H 6021 (09/03) i EN 13779 (009/07); humiFog je takođe u skladu sa standardom za ovlaživanje u ka-

44

nalima/klima-komorama u bolnicama – DIN 1946, 4. deo (01/94), ONORM H 6020 (02/07) i SWKI 99-3 (03/04).

Higijenska usaglašenost je zagarantovana, budući da je raspršivač projektovan i napravljen tako da smanjuje higijenske rizike u kanalima bez dodavanja bilo kakvih biocida u raspršenu vodu.

– Magistrale raspršavanja (slika 1) jesu vertikalne i drenažni ventili se otvaraju čim se pumpa zaustavi, kako bi ispraznile što je moguće više vode.

– Sledeći drenažni ventil je postavljen na najnižoj tački spojne cevi između ku-ćišta i rama, kako bi se uklonila voda iz rama kada pumpa prestane da radi.

– Sve cevi nizvodno od pumpe peru se jednim prolazom vode. – Separator kapljica napravljen je od čeličnih modula AISI304 i dimenzionisan

je tako da maksimalno pojednostavi montažu i održavanje. Korišćenje demineralizovane vode drastično smanjuje količinu mineralne prašine

koja se uvodi u vazduh, pa prema tome i rizik od stvaranja biofilma (biofilm je idealno stanište za život i razmnožavanje bakterija, uključujući i legionelu). I pored toga, uvek se moraju poštovati lokalni i međunarodni higijenski standardi i smernice (vidi VDI 6022 „Smernice za prevenciju i kontrolu legionele) i druge reference u bibliografiji.

Rutinsko održavanje raspršivača pod visokim pritiskom ima minimalan uticaj na troškove rada; zamena ulja u pumpi na svakih 2.000–3.000 sati, a ventila i zaptivki na svakih 4.000–5.000 sati.

3. DEH u stanici metroa Penagrande u Madridu Stanica Penagrande, koja se nalazi u Madridu, Camino de Ganapanes, ima dve

platforme na kojima postoji klima-komora koja koristi 100% spoljašnjeg vazduha i ima projektni protok vazduha od 90.000 m3/h (53.000 cfm).

Klima-komore se kori-ste za hlađenje tokom leta, sa 100% svežim vazduhom; me-đutim, one se ne koriste za gre-janje tokom zime, jer se to sma-tra nepotrebnim usled osetlji-vih opterećenja koje prave put-

nici, električni sistem, sistem osvetljenja i vozovi podzemne železnice. Kao posledi-ca toga, klima-komora napravljena prema prvobitnom projektu nema ni grejnu ni ras-hladnu cevnu zmiju.

Tokom leta, nedostatak rashladne cevne zmije u klima-komori povećava neugod-nost koju izaziva osetljivo opterećenje u metrou usled prilično ekstremnih spoljašnjih uslova u pogledu temperature i vlažnosti. Na primer, u Madridu spoljašnja temperatu-ra vazduha u avgustu mesecu dostiže 35 ºC, 40% rH (95 ºF, 40% rH), i stoga korišće-nje 100% spoljašnjeg vazduha ne može da zadovolji unutrašnja opterećenja.

Prilikom rešavanja ovog problema uzeti su u obzir:1. dodavanje rashladne cevne zmije svakoj klima-komori;2. korišćenje DEH-a. Prvo rešenje, to jest dodavanje rashladne cevne zmije svakoj klima-komori od-

bačeno je budući da je mnogo skuplje i u pogledu početnog ulaganja (kupovine ras-hladnog agregata i cevnih zmija, sistema, montaže), i u pogledu radnih troškova, na-ročito električne energije potrebne za rad rashladnog agregata.

Slika 2. Klima-komora na stanici metroa Pena-grande u Madridu, bez DEH-a

45

hladnim agregatom, isključivo u pogledu troškova rada; u pogledu početnog ulaga-nja, možemo jednostavno reći da je procenjeno da je sistem DEH-a jeftiniji od čile-ra i rashladne cevne zmije.

Svaki od dva uređaja za obradu vazduha ima DEH, uz humiFog, adijabatski ras-pršivač i separator kapljica:

Slika 4. Klima-komora na stanici Penagrande u Madridu, sa hlađenjem sa direktnim isparavanjem: raspršivanjem vode

Separator kapljica izaziva pad pritiska od oko 140 Pa (0,020 PSI), koji opet sma-njuje protok vazduha u ventilatoru do izmerene vrednosti4 od 71.818 m3/h (42.270 cfm).

Svaki od dva raspršivača pod visokim pritiskom dimenzionisan je tako da sni-zi temperaturu sa 35 ºC, 40% rH (95 ºF, 40% rH) na oko sa 27 ºC, 70% rH (sa 81 ºF, 70% rH); ova znatno visoka vlažnost smanjuje se tokom mešanja u unutrašnjoj sredi-ni i, u svakom slučaju, jeste podnošljiva, s obzirom na kratko vreme čekanja na vo-zove i ugodnost koju pruža niža temperatura.

Odgovarajući protok vode koja mora da ispari izračunat je primenom formule za opterećenje vlaženja:

protok vazduha × gustina × ΔW u kgv/kgda =

18,45 15,241,2 71.818 1,2 277 kg/h (1462 GPD)1.000 1.000

DEC EE

W WG

− −= × × = × × ≅

4 Značajna razlika od projektne vrednosti od 90.000 m3/h (53.000 cfm) rezultat je činjenice da ventilator radi nepromenjenom brzinom i zbog toga ne može da nadoknadi otpor separatora, kao i činjenice da bi verovatno bez separatora stvarni protok bio manji od 90.000 m3/h (53.000 cfm).

Slika 3. Klima-komora na stanici Penagrande u Madridu, sa DEH-om (dijagram)

Izabrano je drugo rešenje, budući da je ekonomičnije i u pogledu cene po kojoj je opre-ma kupljena i u pogledu troš-kova rada. Rešenje DEH-a opi-sano je u nastavku teksta, kada su istaknute njegove predno-sti u odnosu na rešenje sa ras-

46

gde su: GE = 71,818 m3/h (42.270 cfm) jes protok spoljašnjeg vazduha;1,2 je prosečna gustina vazduha u kga/m

3;WE = 18,45 gv/kgda (0,0142 lbsv/lbda) je specifična vlažnost spoljašnjeg vazduha

na –35 ºC, 40% rH (95 ºF, 40% rH); WDEC = 15,24 gv/kgda (0,0172 lbsv/lbda) je specifična vlažnost nizvodno od sistema

DEH-a na 27,4 ºC, 74,3% rH (81,3 ºF, 74,3% rH).

Slika 5. Klima-komora na stanici Penagrande u Madridu, sa DEH-om: psihrometrij-ska transformacija

S obzirom na to da je razdaljina između mlaznica raspršivanja i separatora ka-pljica manja od 2 m (6,6 ft), neke od napravljenih kapljica ne isparavaju u potpuno-sti i uklanja ih separator.

Da bi se obezbedilo isparavanje 277 kg/h (1462 GPD) vode kao što je gore pro-cenjeno, postavljena su dva rasprišivača pod visokim pritiskom po 350 kg/h (1850-GPD): veći protok vode nadoknađuje delimično isparavanje kapljica, a na taj način se garantuje isparavanje 277 kg/h (1462 GPD) vode kao što zahtevaju projektni uslovi.

Preduzeće koje upravlja metroom u Madridu dalo je pozitivnu ocenu o DEH-u, zbog ekonomskih prednosti korišćenog raspršivača u poređenju sa ekvivalentnim čilerom (uzeti u obzir samo troškovi potrošnje električne energije i vode u periodu od 7. do 25. avgusta 2006, sa pretpostavkom da električna energija ima cenu od 0,15 evra/kWh = 0,26 AUD/kWh i da je cena vode 0,80 evra/m3 = 1,37 AUD/m3 (0,003 evra/gal = 0,005 AUD/gal); troškovi su zasnovani na kursu od 1 AUD = 0,58285 evra od 29. avgusta 2009. godine.

Jasno je da DEH garantuje priličnu uštedu energije u poređenju sa ekvivalen-tnim rashladnim agregatom – čilerom. Ovaj zaključak se ne bi razlikovao čak i ako se uzmu u obzir troškovi održavanja čilera i DEH sa raspršivačem: to drugo je znat-no jednostavnije i procenjuje se da iznosi oko 1500 evra godišnje (uključujući rezer-vne delove i radne sate za aktivnosti koje zahtevaju standard VDI 6022 i „Tehničke smernice za prevenciju i kontrolu legioneloze u instalacijama“.

47

Tabela 1. Poređenje između troškova rada (samo električne energije i vode) za DEH, raspršivač vode i ekvivalentan rashladni agregat

Vrednost DEH – stvarni podaci

Ekvivalentni čiler (procenjeni podaci

sa EER = 2,5)

Sati rada hoperation (7–25 avgust 2006) 270 270

Ulaz energije (a) 5,54 kW (2 × 2,77 iz jed. 1)

146,42 kW (vidi napomenu5)

Električna energija (b = a × hoperation ) 1.496 kWh 39.535 kWh

Trošak za el. energiju (c = b × 0,15 €/kWh = b × 0,26 AUD/kWh

€ 224 – AUD 389 € 5.930 – AUD 10.279

Potrošnja vode (d) 29.850 litara (7.900 galona)

Nema podataka

Trošak za vodu (e = d/1,000 × 0,80 €/m3 = d/1,000 × 1,37 AUD/m3

€ 24 – AUD 41 Nema podataka

Ukupni troškovi rada (f = c + e) € 248 – AUD 430 € 5.930 – AUD 10.279

Troškovi rada po satu (f/hoperation) 0,92 €/h – 1,59 AUD/h 21,96 €/h – 38,07 AUD/h

4. Ventilacioni sistem za kancelarije u Sidneju sa hlađenjem sa DEH-om i slobodnim hlađenjem: procenjena godišnja ušteda

U ventilacionim sistemima energija se može uštedeti primenom slobodnog hla-đenja gde god je to moguće i, kada je to neophodno, u kombinaciji sa hlađenjem sa direktnim isparavanjem.

Za pomenutu simulaciju, pretpostavljen je sledeći ventilacioni sistem:

Slika 6. Ventilacioni sistem sa slobodnim hlađenjem i DEH-om; CD – kombinova-ni damperi, PC – predgrejačka sekcija, HU – adijabatski ovlaživač, CC – rashladna cevna zmija, RC – naknadna grejna sekcija, Gi – ukupan dovedeni protok vazduha,

Ge – spoljašnji protok vazduha, Gvent – minimalni broj izmena vazduha

5 Pčiler =(Ukupno smanjenje entalpi-

je vazduha)=

(Protok vazduha u kg/s × specifična toplota × sniženje temperature) ≅

EER EER

,

1, 2 (2 )( )

3600 146, 42 kW

Ep aut E DEC

Gc t t

EER

× ×× × −

≅

≅

gde je cp,air = 1,006 kJ/gkair specifična toplota vazduha na konstantnom pritisku; 1,2/3600 pretvara GE iz m3/h u kg/s. Ovde je korišćena vrednost Pčiler bez znaka.

48

Korišćenje slobodnog hlađenja podrazumeva mogućnost menjanja protoka spo-ljašnjeg vazduha od minimalnog broja izmena vazduha (Gvent), do protoka vazdu-ha koji se ubacuje u unutrašnju sredinu (GI). Protok spoljašnjeg vazduha modulira se onako kao što je opisano na slici 7, tako da u što većoj meri nadoknadi unutrašnje osetljivo i latentno opterećenje korišćenjem entalpije spoljašnjeg vazduha.

Slika 7. Potpodela psihrometrijskog dijagram na oblasti prema korišćenju slobodnog hlađenja + DEH-a i modulacija protoka spoljašnjeg vazduha

Neke osnovne informacije o slici 7 (dodatne informacije se mogu naći u poglav-lju 11 knjige „Ovlaživanje vazduha – tehnički, zdravstveni i energetski aspekti“):

– Tačka 1: ovo je tačka koja predstavlja vazduh koji se uvodi u sredinu (ambi-jent). To može u potpunosti da zadovolji unutrašnje osetljivo i latentno opterećenje pri protoku GI. Mešavina vazduha (povratni + spoljašnji) uvek se „dovodi“ do tač-ke 1.

– Oblast U2: delimično pasivno hlađenje je moguće, budući da je entalpija spo-ljašnjeg vazduha manja od unutrašnje entalpije, ali ne i od ulazne vrednosti hI. Višak unutrašnjeg osetljivog opterećenja može se zadovoljiti na tradicionalnan način kori-šćenjem rashladne cevne zmije: preostala vlažnost se dodaje pomoću sistema DEH.

– Oblast U3: ukupno slobodno hlađenje je moguće, budući da je entalpija spo-ljašnjeg vazduha manja od ulazne vrednosti hI. Osetljiva opterećenja su potpuno za-dovoljena spoljašnjim vazduhom, koji modulira protok; preostali deo vlažnosti do-daje sistem DEH.

Ušteda energija je veća što se češće ubacuje spoljašnji vazduh u oblasti U2, U3 i U4, zato što su mogući slobodno hlađenje i DEH, čime se smanjuje potrošnja elek-trične energije potrebne za rad čilera i rashladne cevne zmije.

Statistička distribucija klimatskih uslova u Sidneju predstavljena je tačkama na grafikonu na slici 8.

Ušteda energije sa slobodnim hlađenjem i DEH-om za hipotetičku kancelariju u Sidneju procenjena je u vezi sa sledećim projektnim podacima:

– troškovi za električnu energiju 1 kWh – 0,12 AUD,– 1 m3 (264 gal) vode košta 1,87 AUD,

49

Slika 8. Sidnej: distribucija klimatskih uslova u vezi sa oblastima na slici 7

– kancelarija za 40 ljudi gde je pušenje zabranjeno, – ventilacija od 6 do 18 h svakog dana u godini, – podešene vrednosti: 21 ºC, 50% rH (70 ºF, 50% rH),– referentni standard: EN 13779:2004,– kvalitet vazduha u prostoriji: IDA 1 (tabela 8 standarda EN 13779:2004), i to

podrazumeva da protok vazduha za ventilaciju Gvent = 800 L/s (1.695 cfm) = 40 × 20 L/(s × person) prema tabeli 11 u standardu EN 13779:2004),

– površina: 480 m2 (= 40 × 12 m2 po osobi za uređenu kancelariju prema tabe-li 22 u standardu EN 13779: 2004 = 5,170 ft2).

– temperatura vazduha na ulazu: 18 ºC (64 ºF; tačka 1 na slici 8) – opterećenja od ljudi (aktivnost – sedenje, prema tabeli 25 standarda

13779:2004): – ukupno osetno opterećenje: 3 kW (= 40 × 75 W po osobi = 10.245 BTU/h), – latentno opterećenje zbog prisustva ljudi u prostoru: 2 kW (= 40 × 50 W po

osobi = 6.830 BTU/h). – osetno opterećenje zbog osvetljenja = 480 W (1,640 BTU/h) od: – ukupnog osvetljenja: 400 lux (tabela 26 EN 13779:2004 za kancelarije sa pro-

zorima), – odgovara potrošnji energije od 4,8 kW(= 480 m2 × 10 W/m2 prema tabeli 27

u EN 13779:2004), – hipotetički, 10% se rasipa na osetno opterećenje: 480 W(1.640 BTU/h), – osetno opterećenje od kompjutera, štampača, itd.: 4 kW (= 40 × 100 W po

osobi prema poglavlju 6.7.4 u EN 13779:2004 = 13.661 BTU/h),– raspršivač za DEH: µHU = 90%, – rashladni agregat-čiler: EER = 2,5, – odnos odvodnog vazduha/ulaznog vazduha: α = 0,9 (neznatni natpritisak na

unutrašnjem delu). Primenom softvera za simulaciju, koji je kreiran na Odeljenju za tehniku i uprav-

ljanje industrijskim sistemima na Univerzitetu u Padovi, u saradnji sa firmom CA-REL SpA, dobijeni su sledeći rezultati.

50

Tabela 2. Procenjena godišnja ušteda energije kada se primenjuje slobodno hlađenje i DEH za kancelariju u Sidneju

Opterećenja kWh/godišnjeUkupno godišnje opterećenje koje se mora zadovoljiti(unutrašnje opterećenja + opterećenja koja se odnose na klima-komoru

54.260

Doprinos slobodnog hlađenja + DEH (a) 14.467Rashodi za energiju za odvlaživanje vazduha koji se koristi za slobod-no hlađenje (b)

0

Neto slobodno hlađenje + DEH (c = a – b) 14.467Energija koju štedi rashladni agregat (d = c/EER) 5.787Električna energija koju troši DEH (procena) (e) Raspršena voda za DEH = 8.120 l/god. (2.145 gal/god.) pri 10 W (L/h), potrošnja energije je jednaka 8.120 × 10/1.000 = 81,20 kWh/god., zao-kružena vrednost je 90 kWh

90

Električna energija koja se štedi slobodnim hlađenjem + DEH (f = d – e)

5.697

Jednaka vrednosti od oko 5,7 t/god. manje CO2 emitovanog u atmosferu (= f/1000, pot pretpostavkom da 1 kWh el. energije odgovara 1 kg CO2, kao što je pokazano u „Proceni životnog ciklusa“ Vattenfal AB)

Tabela 3. Procenjena godišnja ušteda u novcu kada se primenjuje slobodno hlađenje + DEH

Vrednosti AUD/god.Ušteda el. energije korišćenjem slob. hlađenja i DEH (g = f × 0,12 AUD/kWh = f × 0,26 AUD/kWh, pod pretpostavkom da el. energija košta 0,26 AUD/kWh

683,62

Raspršena voda za DEH: zaprem.= 8.120 litara/god (2.145 gal/god). Za troškove: h = (zaprem./1.000) × 1,87 AUD/m3 = (zaprem./1.000) × 1,37 AUD/m3, pod pretpostavkom da voda košta 1,37 AUD/m3

15,18

Godišnja ušteda (g – h) 668,44

ZaključciVoda, naš najznačajniji resurs, može pametno da se koristiti za smanjenje po-

trošnje električne energije potrebne za mehaničko hlađenje zahvaljujući evaporativ-nom hlađenju. Direktno evaporativno hlađenje (DEH) pomoću raspršivanja vode predstavlja vrlo efikasan način smanjenja temperature vazduha, budući da koristi la-tentnu toplotu isparavanja koju voda uklanja iz vazduha kada isparava, što iznosi 680 W(kg/h isparene vode) (1.053 BTU/lb) sa vrlo malom potrošnjom energije potrebne za raspršivanje vode (maksimalno 10 W/L/h) u slučaju kada se koristi raspršivač o kojem je reč u ovom radu. Potrošnja energije od 10 W/(L/h) raspršene vode omogu-ćava kapacitet hlađenja vazduha od 680 W(L7h) (1.053 BTU/lb): ovaj odnos je izu-

51

zetno isplativ, naročito kada se uporedi sa ekvivalentnim sistemom koji čine rashlad-ni agregat i rashladna cevna zmija, koji za isti rashladni kapacitet troše otprilike 272 W električne energije (pod pretpostavkom da je EER 2,5).

Ukupan odnos između ulazne energije sistema DEH koji koristi raspršivač hu-miFog i ulazne energija ekvivaletnog rashladnog agregata-čilera izračunava se kom-binovanjem jednačine (1) i formule date u napomeni 5, uzimajući u obzir da u evapo-rativnom hlađenju cp,air × (tE – tDEC) ≅ r × ΔW (r predstavlja latentnu toplotu ispara-vanja raspršene vode u kJ/kgwater; ΔW u kgvapour/kgdry air):

36humiFog

chiller

P EERP r

×≅

Na primer sa vodom na 10 °C–50 °F (r = 2.393 kJ/kgwater) i ekvivalentnim čile-rom sa EER = 2,5, odnos bi bio:

PhumiFog/Pchiller ≅ 0,038.Ulazna enerija za DEH-om sa raspršivačem iznosi samo 3,8% energije koja je

potrebna za ekvivalentan sistem sa čilerom. DEH postaje još isplativije ako se koristi uz slobodno hlađenje. U stvari, kori-

šćenje spoljašnjeg vazduha koji već ima nisku entalpiju može da zadovolji unutraš-nje opterećenje, pri čemu se smanjuje potreba za radom rashladnog agregada i ras-hladne cevne zmije; pored toga, efekat slobodnog hlađenja se povećava usled hlađe-nja koje proizvodi sistem DEH-a, koji se može smatrati skoro besplatnim, s obzirom na neznatnu potrošnju električne energije.

Treba uzeti u obzir da DEH povećava vlažnost vazduha zato što se zasniva na isparavanju vode, te je, prema tome, isplativo kada je adijabatsko ovlaživanje pode-sno za klimatizovani prostor.

I, na kraju, potrebno je istaći da time što smanjuju potrošnju energije i povezane troškove, DEH i slobodno hlađenje takođe doprinose smanjenju emisije CO2 i dru-gih zagađivača u atmosferu.

NomenklaturaCp,air specifični toplotni kapacitet vazduha pri konstantnom pritisku = 1,006 kJ/

kgair Echiller el. energija koju troši čiler tokom rada, kWh EER EER električnog čileraEDEC el. energija koju troši raspršivač DEH-a tokom rada, kWh GE protok spoljašnjeg vazduha, m3/h GI vazdušna struja uvedena u unutrašnju sredinu (= spoljašnji vazduh + recir-

kulacija), u m3/h GVENT broj izmena vazduha, min. protok spoljašnjeg vazduha potreban u prostoru,

u m3/h hoperation ukupan broj radnih sati raspršivača DEH-amwater masa vode raspršene raspršivačem Pchiller ulazna energije čilera, kW PDEC ulazna energija u raspršivač DEH-a, kW r latentna toplota isparavanja vode, na početnoj temperaturi WDEC specifična vlažnost nizvodno od sistema DEH-a, gv/kgda

52

WE specifična vlažnost spoljašnjeg vazduha, gv/kgda ΔW razlika u specifičnoj vlažnosti, gv/kgdaα odnos između odvodnog vazduha i vazduha uvedenog u unutrašnju sredinuµHU efikasnost raspršivača DEH-a.

Literatura[1] Joppolo, C. M., Libro bianco sulla legionella, AICARR.[2] *** ASHRAE 2000, ASHRAE 12-2000 Guidelines – Minimizing the Risk of Le-

gionellosis Associated with Building Water Systems.[3] Lazzarin, Renato, Luigi Nalini, Air humidification – Technical, health and

energy aspects, CAREL SpA. [4] *** DIN 1946 part 4, 1994-01, Raumlufttechnische Anlagen in Krankenhäusern

(Ventilation in hospitals).[5] *** EN 13779:2004 and :2009 Ventilation for non-residential buildings – Per-

formance requirements for ventilation and room-conditioning systems. [6] *** Italian Ministry of Health 2000, Linee Guida per la prevenzione ed il con-

trollo della legionellosi predisposte dal Ministero della Sanità ed adottate dalla Conferenza Stato Regioni il 4/4/2000.

[7] *** ONORM H 6020, 2007-02, Lüftungstechnische Anlagen fur medizinisch ge-nutzte Räume – Projektierung, Errichtung und Kontrolle, Betrieb, Instandhal-tung, technische und hygienische Kontrollen (Ventilation equipment for medi-cal rooms – Design, construction and inspection, operation, maintenance, tech-nical and sanitary controls).

[8] *** ONORM H 6021, 2003-09, Lüftungstechnische Anlagen – Reinhaltung und Reinigung (Ventilation and air conditioning plants – Specifications keeping them clean and cleaning).

[9] *** Subdirección General de Sanidad Ambiental y Salud Laboral, Guia técnica para la prevención y control de la legionelosis en instalaciones.

[10] *** SWKI VA 104-01, 2006-04, Hygiene-Anforderungen an Raumlufttech-nische Anlagen und Geräte (Hygiene requirements for HVAC systems and equipment).

[11] *** SWKI 99-3, 2004-03, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen in Spitalba-uten (Planung Bau, Betrieb) – Heating, ventilation and air conditioning systems in hospitals (planning, construction, operation).

[12] *** UNI, UNI 8884, Caratteristiche e trattamento delle acque dei circuiti di raffreddamento e di umidificazione.

[13] *** UNI-SC5, Draft of standard “5/716 Requisiti igienici per le operazioni di manutenzione degli impianti di climatizzazione, UNI.

[14] *** Vattenfall AB, Life-Cycle Assessment (http://www.vattenfall.com/www/vf com/vf com/Gemeinsame Inhalte/document/360168vatt/386246envi/2005-Life-CvcleAssessment.pdf#search=”life%20cycle%20emissions%20-vfcom”)

[15] *** VDI 3802, 2002-10, Raumlufttechnische Anlagen; Bauliche und technische Anforderungen (Air-conditioning systems – Structural and technical principles), Berlin: Beuth Verlag.

[16] *** VDI 2006, 2006-04 Hygiene requirements for ventilation and air-conditio-ning systems and –units, Berlin: Beuth Verlag.

kgh