Dry cooler dobrany „na moc procesu” prawie zawsze okazuje się za mały w lipcu. Tymczasem moc z katalogu podawana jest w konkretnych warunkach, a zakład pracuje w innych: z glikolem zamiast wody, przy 32°C na dachu i z lamelami, które po roku nie są już fabrycznie czyste. Dlatego dobór dry coolera zaczyna się od temperatur, a nie od kilowatów, i od uczciwego założenia, jak gorąco będzie latem na dachu. Moc dry coolera zależy przede wszystkim od różnicy między temperaturą medium a powietrzem, a glikol w dry coolerze dodatkowo ją obniża. W tym tekście przeliczamy krok po kroku przykład z linii produkcyjnej i pokazujemy, kiedy chłodzenie procesu dry coolerem wystarczy przez cały rok, a kiedy potrzebny jest chiller. Na końcu omawiamy regulację wentylatorów dry coolera, bo od niej zależy, czy zimą proces nie dostanie zbyt zimnego medium.
Spis treści:
Kiedy chłodzenie procesu dry coolerem wystarczy
Dry cooler nie ma układu chłodniczego. Oddaje ciepło wprost do powietrza, więc medium nigdy nie będzie chłodniejsze niż powietrze na wlocie. W praktyce temperatura na wylocie jest wyższa od temperatury otoczenia o 4 do 8 K. Ta różnica, nazywana zbliżeniem, decyduje o wszystkim.
Im mniejsze zbliżenie chcemy uzyskać, tym większy wymiennik jest potrzebny. Przejście z 8 K na 4 K potrafi niemal podwoić wielkość urządzenia, liczbę wentylatorów i miejsce na dachu. Dlatego przy doborze dry coolera zawsze rozmawiamy z technologiem o tym, jaka temperatura zasilania jest naprawdę wymagana, a jaka jest tylko przyzwyczajeniem.
Jeżeli proces potrzebuje zasilania 30°C lub wyższego, dry cooler zwykle wystarcza przez cały rok. Dotyczy to między innymi układów hydraulicznych wtryskarek i pras, sprężarek powietrza, pieców indukcyjnych oraz skraplaczy chillerów chłodzonych wodą. Natomiast proces wymagający 15 do 20°C latem nie obejdzie się bez chillera, a dry cooler może wtedy pracować jako free cooling w chłodnych miesiącach. Taki układ opisujemy przy doborze agregatu wody lodowej.
Dane wejściowe do obliczenia mocy dry coolera
Przed obliczeniami zbieramy pięć danych, od których zależy cały dobór dry coolera. Bez którejkolwiek z nich wynik będzie zgadywaniem.
- Moc cieplna procesu w kW, najlepiej zmierzona przy pełnym obciążeniu, a nie przepisana z tabliczki maszyny.
- Temperatura zasilania wymagana przez proces i dopuszczalna temperatura powrotu.
- Projektowa temperatura otoczenia: dla większości Polski przyjmujemy 30 do 32°C, a na nagrzanym dachu z papą nawet 35°C.
- Rodzaj i stężenie glikolu, wynikające z najniższej temperatury zimą.
- Dopuszczalny poziom hałasu, zwłaszcza gdy zakład pracuje w nocy obok zabudowy.
Warto też sprawdzić, czy moc procesu nie wzrośnie w ciągu kilku lat. Dobór dry coolera z zapasem 15 do 20% na rozbudowę linii jest zwykle tańszy niż dostawienie drugiego urządzenia później.
Następnie sprawdzamy miejsce montażu. Dry cooler przy ścianie lub w zagłębieniu dachu zasysa część własnego, ciepłego powietrza. Taka recyrkulacja podnosi temperaturę na wlocie o kilka stopni i potrafi zjeść kilkanaście procent mocy.
Dobór dry coolera na przykładzie: obliczenia krok po kroku
Przykład z praktyki: linia produkcyjna oddaje 120 kW ciepła. Proces potrzebuje medium o temperaturze 35°C na zasilaniu, a powrót wynosi 41°C. W obiegu pracuje glikol propylenowy 35%, a projektowa temperatura otoczenia to 30°C.
| Krok | Obliczenie | Wynik |
|---|---|---|
| Różnica temperatur na wejściu (ITD) | 41°C minus 30°C | 11 K |
| Warunki katalogowe producenta | woda 40/35°C, powietrze 25°C | ITD 15 K |
| Korekta na temperatury | 11 / 15 | 0,73 |
| Korekta na glikol 35% | z danych producenta | około 0,93 |
| Zapas na zabrudzenie lamel | 10% | 1,10 |
| Wymagana moc katalogowa | 120 / (0,73 × 0,93) × 1,10 | około 194 kW |
Wynik dobrze pokazuje, dlaczego dry cooler „120 kW” nie poradzi sobie ze 120 kW procesu. Sprawdźmy jeszcze wariant cieplejszy. Jeżeli urządzenie stanie na nagrzanym dachu i na wlocie będzie 35°C, ITD spada do 6 K. Korekta wynosi wtedy 0,40, a wymagana moc katalogowa rośnie do około 355 kW. Taki dobór dry coolera przestaje mieć sens ekonomiczny i lepiej podnieść temperaturę procesu, przenieść urządzenie w chłodniejsze miejsce albo dodać chiller na najgorętsze dni. W tych warunkach potrzebne jest urządzenie o mocy katalogowej bliskiej 200 kW. Korekta liniowa po ITD jest uproszczeniem, więc ostateczny dobór dry coolera zawsze sprawdzamy w programie producenta. Moce katalogowe wielu producentów są weryfikowane w programie Eurovent Certified Performance, co ułatwia porównanie ofert.
Glikol w dry coolerze: stężenie, przepływ i spadek mocy
Glikol w dry coolerze jest konieczny, jeśli instalacja nie jest opróżniana na zimę. Dlatego dobór dry coolera zawsze uwzględnia stężenie medium. Stężenie dobieramy z zapasem 5 K poniżej najniższej spodziewanej temperatury. Glikol propylenowy 35% chroni do około minus 17°C, a 40% do około minus 21°C. Więcej o wyborze stężenia piszemy w tekście glikol w instalacji chłodniczej.
Co więcej, glikol ma mniejsze ciepło właściwe niż woda, więc potrzebny jest większy przepływ. W naszym przykładzie liczymy go tak: 120 kW podzielone przez iloczyn ciepła właściwego 3,75 kJ/kgK i różnicy 6 K daje 5,33 kg/s. Przy gęstości 1035 kg/m³ to około 18,5 m³/h. Dla czystej wody wystarczyłoby około 17,2 m³/h. Ponadto glikol ma wyższą lepkość, więc spadek ciśnienia na wymienniku rośnie o 20 do 40%. Pompę trzeba dobrać do tych wartości, a nie do danych dla wody. Zbyt słaba pompa obniży przepływ, a wtedy wzrośnie temperatura powrotu i spadnie moc oddawana przez wymiennik.
Regulacja wentylatorów dry coolera zimą i latem
Dry cooler dobrany na lato jest zimą kilkukrotnie za duży. Zatem dobór dry coolera obejmuje także sposób regulacji. Przy minus 10°C na zewnątrz, bez regulacji, schłodziłby medium do kilku stopni, czyli poniżej tego, czego oczekuje proces. Dlatego regulacja wentylatorów dry coolera utrzymuje stałą temperaturę zasilania przez wyłączanie kolejnych stopni albo przez płynną zmianę obrotów falownikiem lub silnikami EC.
Na przykład na zdjęciu widać regulator z ustawionymi siedmioma stopniami wentylatorów. Stopniowanie wystarcza w większości procesów, ale przy wahaniach temperatury powyżej plus minus 2 K lepiej sprawdza się regulacja płynna. Dodatkowo silniki EC na niskich obrotach pracują ciszej, co ma znaczenie przy nocnych zmianach. Przy bardzo niskim obciążeniu stosuje się również zawór trójdrogowy, który omija część medium obok wymiennika.
Typowe błędy doboru i jak je sprawdzić na istniejącej instalacji
W zakładach najczęściej spotykamy kilka powtarzających się błędów: dobór bez korekty na glikol, przyjęcie 25°C jako temperatury projektowej, brak zapasu na zabrudzenie lamel oraz montaż przy ścianie bez sprawdzenia recyrkulacji. Każdy z nich osobno zabiera kilka do kilkunastu procent mocy, a razem potrafią wyłączyć linię w upalne popołudnie.
Na działającej instalacji sprawdzamy to pomiarem, bo nawet poprawny dobór dry coolera traci sens przy zaniedbanej eksploatacji. Najpierw mierzymy temperatury medium na wejściu i wyjściu, przepływ, temperaturę powietrza na wlocie w kilku punktach oraz stężenie glikolu refraktometrem. Z tych danych liczymy rzeczywistą moc i porównujemy ją z katalogiem. Jeżeli zbliżenie przekracza 10 K przy pełnej pracy wentylatorów, problem leży zwykle w zabrudzonych lamelach albo w przepływie. Takie przypadki opisujemy w tekście dry cooler nie chłodzi, a zakres prac na stronie serwis dry coolerów.
Wyślij nam zdjęcie tabliczki znamionowej obecnego dry coolera lub maszyny, którą chcesz chłodzić, razem z temperaturami pracy. Wystarczy formularz kontaktowy albo telefon +48 501 179 381. Sprawdzimy, czy obecne urządzenie ma zapas na lato, i zaproponujemy dobór lub pomiar na miejscu. Ekipy serwisowe naszej grupy wyjeżdżają z bazy w Wałsnowie do zakładów w całej Polsce.
O co pytają działy utrzymania ruchu
Czy można dobrać dry cooler tylko na podstawie mocy procesu?
Nie. Moc katalogowa dotyczy konkretnych temperatur. Bez korekty na temperaturę otoczenia, glikol i zabrudzenie urządzenie wychodzi zwykle o 30 do 60% za małe.
Jaką temperaturę otoczenia przyjąć do doboru?
Dla większości lokalizacji w Polsce 30 do 32°C. Przy montażu na nagrzanym dachu lub w zagłębieniu warto przyjąć 35°C albo policzyć recyrkulację.
Glikol etylenowy czy propylenowy?
W zakładach spożywczych i tam, gdzie możliwy jest kontakt z produktem, stosuje się glikol propylenowy. Etylenowy ma lepsze parametry cieplne, ale jest toksyczny.
Czy dry cooler może zastąpić chiller?
Tylko wtedy, gdy proces akceptuje medium o temperaturze kilka stopni wyższej niż powietrze latem. Przy zasilaniu poniżej około 25°C potrzebny jest chiller, a dry cooler może go wspierać zimą.
Jak często czyścić lamele dry coolera?
Co najmniej raz w roku przed sezonem letnim, a przy zapyleniu z produkcji lub z topoli częściej. Zabrudzone lamele potrafią obniżyć moc o 15 do 25%.
