Temat dry cooler a chiller wraca przy każdej rozbudowie chłodzenia procesu, hali lub serwerowni. Oba urządzenia odbierają ciepło z cieczy, jednak robią to w zupełnie inny sposób. Dry cooler oddaje ciepło bezpośrednio do powietrza, natomiast chiller wytwarza wodę lodową w obiegu sprężarkowym. Poniżej wyjaśniamy zasadę działania, granice obu rozwiązań, układ free cooling oraz dane, które warto zebrać przed decyzją.
Dry cooler a chiller: zasada działania
Dry cooler, po polsku chłodnica cieczy lub chłodnica wentylatorowa, to wymiennik lamelowy z zestawem wentylatorów. Ciecz płynie przez rurki, a powietrze przetłaczane przez lamele odbiera od niej ciepło. Nie ma tu sprężarki ani czynnika chłodniczego. Energia elektryczna trafia więc głównie do wentylatorów i pomp obiegowych.
Z tej zasady wynika podstawowe ograniczenie. Dry cooler nie schłodzi medium poniżej temperatury otoczenia. W praktyce ciecz na wyjściu jest o kilka kelwinów cieplejsza niż powietrze dolotowe. Typowo przyjmuje się różnicę rzędu 4 do 8 K, ale konkretną wartość wyznacza dobór producenta dla danej powierzchni wymiany i przepływu.
Chiller działa inaczej. Obieg sprężarkowy z parownikiem, skraplaczem i zaworem rozprężnym przenosi ciepło z cieczy do otoczenia nawet wtedy, gdy powietrze jest cieplejsze od medium. Dzięki temu chiller utrzymuje stałe parametry wody lodowej, na przykład 7/12 °C, niezależnie od pogody. Kosztem jest pobór mocy sprężarek, który rośnie razem z temperaturą zewnętrzną.
Pytanie dry cooler a chiller sprowadza się więc do dwóch rzeczy. Po pierwsze, jakiej temperatury medium potrzebuje proces. Po drugie, jak w ciągu roku zmienia się temperatura powietrza w miejscu montażu.
| Cecha | Dry cooler | Chiller |
|---|---|---|
| Źródło chłodu | powietrze zewnętrzne | obieg sprężarkowy |
| Najniższa temperatura medium | kilka K powyżej temperatury powietrza | niezależna od pogody, np. 7 °C |
| Główny odbiornik energii | wentylatory | sprężarki |
| Wpływ upału | duży, rośnie temperatura wyjściowa | umiarkowany, rośnie pobór mocy |
Kiedy wystarczy dry cooler
Dry cooler sprawdza się tam, gdzie wymagana temperatura medium leży wyraźnie powyżej najwyższej temperatury powietrza w roku. Dotyczy to wielu procesów przemysłowych, w których ciecz wraca z maszyny mocno podgrzana. Typowe zastosowania to:
- chłodzenie form, pras i sprężarek powietrza, gdy proces dopuszcza wodę o temperaturze około 35 do 45 °C,
- odbiór ciepła ze skraplaczy chillerów chłodzonych wodą, gdzie dry cooler zastępuje otwartą wieżę chłodniczą,
- chłodzenie silników, falowników i transformatorów z obiegiem cieczy,
- praca zimowa i przejściowa, gdy powietrze jest na tyle chłodne, że sprężarki chillera mogą stać.
Zaletą jest prosta budowa i brak czynnika chłodniczego w tej części instalacji. Nie ma też odparowania wody, jak w otwartej wieży, więc odpada uzdatnianie wody uzupełniającej. Obsługa sprowadza się głównie do czystości lamel, stanu wentylatorów i jakości medium. Jeżeli w obiekcie pracują urządzenia CIAT, zakres prac opisujemy na stronie serwis dry coolerów CIAT.
Kiedy potrzebny jest chiller
Chiller jest konieczny, gdy medium musi być chłodniejsze od powietrza zewnętrznego, przynajmniej przez część roku. Klasyczny przykład to klimatyzacja z wodą lodową 7/12 °C oraz procesy wymagające stabilnych 10 do 18 °C. Latem, przy 30 °C na zewnątrz, żaden dry cooler takich parametrów nie zapewni.
Drugi powód to stabilność. Wtryskarki, lasery, maszyny drukarskie i aparatura laboratoryjna często wymagają temperatury w wąskim zakresie. Chiller reguluje wydajność sprężarek, więc trzyma zadaną wartość także przy zmiennym obciążeniu. Dry cooler reguluje głównie obrotami wentylatorów, a jego temperatura wyjściowa podąża za pogodą.
Trzeci powód to brak miejsca lub ograniczenia akustyczne. Przy tej samej mocy w gorących warunkach dry cooler musiałby być bardzo duży, ponieważ różnica temperatur między cieczą a powietrzem jest niewielka. W takim zestawieniu rozsądniejszy okazuje się chiller, czyli zwarty agregat sprężarkowy.
Chiller wymaga za to więcej uwagi serwisowej. Obieg chłodniczy podlega kontroli szczelności, a sprężarki, zawory i automatyka zużywają się z czasem. Przy doborze warto sprawdzić, czy instalacja ma rezerwę na wypadek postoju jednego agregatu. W obiektach krytycznych stosuje się dwa chillery pracujące naprzemiennie. Spotyka się też chiller z dry coolerem, który zimą przejmuje część obciążenia, gdy agregat stoi w naprawie.
Free cooling: dry cooler i chiller w jednym układzie
Najwięcej korzyści daje połączenie obu urządzeń. W układzie free cooling dry cooler wstępnie schładza powrót wody, zanim trafi ona do parownika chillera. Gdy powietrze jest chłodniejsze od powrotu o kilka kelwinów, część ciepła zostaje odebrana bez pracy sprężarek. Układ pracuje zwykle w trzech trybach:
- lato: pracuje sam chiller, a dry cooler jest odcięty zaworem trójdrogowym,
- okres przejściowy: dry cooler przejmuje część obciążenia, a sprężarki dochładzają wodę do wartości zadanej,
- zima: przy odpowiednio niskiej temperaturze powietrza dry cooler pokrywa całe obciążenie, a sprężarki stoją.
Oszczędność zależy od profilu rocznego, czyli od liczby godzin, w których powietrze jest chłodniejsze od powrotu. Najwięcej zyskują obiekty z całorocznym obciążeniem i wysoką temperaturą wody, na przykład serwerownie i procesy technologiczne. Szerzej opisujemy to w artykule free cooling w instalacjach wody lodowej.
Praca zimą wymaga ochrony przed zamarzaniem. Obieg zewnętrzny wypełnia się roztworem glikolu propylenowego lub etylenowego o stężeniu dobranym do minimalnej temperatury projektowej. Glikol obniża ciepło właściwe i zwiększa lepkość. Przy doborze trzeba więc uwzględnić mniejszą wydajność wymienników i większe opory pomp. Stężenie warto sprawdzać przed każdą zimą, o czym piszemy w tekście o substancjach niezamarzających.
Co mierzyć i jakie problemy wychodzą
Wybór dry cooler a chiller nie powinien opierać się na samej mocy z katalogu. Potrzebne są dane z pracy instalacji, możliwie zebrane w różnych porach roku. Podstawowy zestaw pomiarów obejmuje:
- temperaturę zasilania i powrotu medium,
- różnicę temperatur ΔT na wymienniku lub odbiorniku,
- przepływ, zmierzony przepływomierzem lub oszacowany z charakterystyki pompy,
- temperaturę powietrza dolotowego przy samym wymienniku, a nie tylko z pobliskiej stacji pogodowej,
- profil obciążenia w ciągu doby i roku, w tym przerwy w produkcji.
Z przepływu i ΔT wyliczysz rzeczywistą moc chłodniczą. Porównanie z temperaturą powietrza pokaże natomiast, jaki zapas ma wymiennik. Parametry projektowe podaje dokumentacja producenta i tabliczka urządzenia. Wielu producentów deklaruje wydajność w ramach programów certyfikacji, takich jak Eurovent, co ułatwia porównanie ofert.
Pomiary pomagają też zaplanować modernizację etapową. Czasem wystarczy dołożyć dry cooler jako moduł free cooling do istniejącego chillera. Innym razem lepiej dodać drugie urządzenie i zyskać redundancję na wypadek awarii. W eksploatacji powtarzają się przy tym podobne usterki:
- zabrudzone lamele, zatkane kurzem, pyłkiem topoli lub liśćmi, co podnosi temperaturę wyjściową cieczy,
- uszkodzone wentylatory, łożyska lub regulatory obrotów, przez co część powierzchni pracuje bez przepływu powietrza,
- za mała powierzchnia wymiany, dobrana bez zapasu na upał lub na wzrost obciążenia,
- zbyt niskie stężenie glikolu albo zużyty inhibitor korozji,
- zapowietrzenie obiegu i źle wyregulowane zawory trójdrogowe w układzie free cooling.
Wiele z tych problemów wychodzi dopiero przy upale, gdy chiller zaczyna wyłączać się na wysokim ciśnieniu skraplania. Regularne przeglądy i konserwacja chillerów obejmują również wymienniki zewnętrzne, dlatego warto planować je przed sezonem.
Pytania i odpowiedzi
Co to jest dry cooler?
To chłodnica cieczy z wymiennikiem lamelowym i wentylatorami. Oddaje ciepło z wody lub glikolu do powietrza bez obiegu sprężarkowego.
Czy dry cooler może zastąpić chiller?
Tylko wtedy, gdy wymagana temperatura medium jest wyraźnie wyższa od najwyższej temperatury powietrza. Do wody lodowej 7/12 °C latem potrzebny jest chiller.
Na czym polega free cooling w chillerze?
Dry cooler wstępnie schładza powrót wody, gdy powietrze jest chłodniejsze od medium. Sprężarki pracują krócej lub stoją, co zmniejsza zużycie energii.
Dlaczego w dry coolerze stosuje się glikol?
Obieg zewnętrzny jest narażony na mróz, a zamarznięta woda może rozsadzić rurki wymiennika. Stężenie dobiera się do minimalnej temperatury projektowej i sprawdza przed zimą.
Jak często czyścić lamele dry coolera?
Zależy to od otoczenia, ale zwykle przynajmniej raz w roku, przed latem. Przy pyle z produkcji lub pyłku drzew czyszczenie bywa potrzebne częściej.
Serwis dry coolerów i chillerów w całej Polsce
Jeśli zastanawiasz się, czy w Twoim obiekcie sprawdzi się dry cooler, chiller czy układ łączony, zacznij od danych. ColdWay prowadzi serwis pogwarancyjny chillerów, dry coolerów i układów free cooling. Działamy w całej Polsce, a bazę serwisową mamy w Wałsnowie 22b.
Naprawę zaczynamy od diagnostyki lub przeglądu zerowego, z pomiarem temperatur, przepływu i stanu wymienników. Na tej podstawie wskazujemy, co poprawić i czy warto rozbudować układ etapowo. Zadzwoń: +48 501 179 381 albo +48 536 577 385, napisz: info@coldway.pl. Odbieramy od poniedziałku do soboty, 8:00 do 16:00.
