EHNIKA HAĐENJA 5. PRIJENOS OPINE IZMEĐU RASHADNOG UREĐAJA I HADIONICE 5.1. HAĐENJE S NEPOSREDNIM ISPARIVANJEM Kod neosrednog je hlađenja hladnjak zraka izveden kao isarivač rashladnog uređaja. Isarivač je smješten u hladionici (ili u odvojenom rostoru kroz koji cirkulira zrak iz jedne ili više hladionica) i tolina se redaje od zraka na radnu tvar koja ritom isaruje. Cirkulacija zraka reko ovršine isarivača može biti rirodna ili risilna (omoću ventilatora). Razlika temerature zraka i temerature isarivanja koja mora biti niža od temerature zraka, kreće se obično od 8 do 12 K. h 0 PV ok Komresor Isarivač Hladionica Kondenzator Sl. 5.1. Shematski rikaz rashladnog uređaja s neosrednim isarivanjem u zračnom hladnjaku 5.2. HAĐENJE PUEM MEDIJA ZA PRIJENOS OPINE U nekim je slučajevima otrebno ili ekonomski oravdano koristiti medij za rijenos toline iz hladionice do isarivača - sekundarni nosilac toline, koji se hladi u isarivaču. Potrebno je redvidjeti dva odvojena cjevovoda: sustav rimarne radne tvari (rimarni krug) i sustav sekundarnog nosioca toline za rijenos toline (sekundarni krug). Hladnjak zraka 2 1 Crka Kondenzator Komresor Hladionica 0 Isarivač - PV hladnjak kaljevine Sl. 5.2. Shematski rikaz rashladnog uređaja s osrednim hlađenjem hladionice utem medija za rijenos toline 84
EHNIKA HAĐENJA Ako se u sekundarnom krugu ugradi tolinski sremnik, to je sustav s rijenosnikom toline i akumulacijom energije. Hladi se akumulacijski bazen u kojeg je uronjen isarivač radne tvari. Sustav je sigurniji u ogonu u slučaju nestanka ogonske energije nego što su to sustavi neosrednog hlađenja i sustavi osrednog hlađenja bez akumulacije. Pogodan je za slučaj neujednačenog rashladnog učinka tijekom dana. Rashladni uređaj može tada biti manjeg rashladnog učinka od maksimalno otrebnog učinka hladionice. Hladnjak zraka Akumulacijski bazen Komresor Hladionica Crka Isarivač PV Kondenzator Sl. 5.3. Shematski rikaz rashladnog uređaja s rijenosnikom toline i akumulacijom 5.3. USPOREDBA HAĐENJA S NEPOSREDNIM ISPARIVANJEM I HAĐENJA PUEM MEDIJA ZA PRIJENOS OPINE Prednosti sustava za hlađenje s medijem za rijenos toline su u tome što radna tvar ne može doći u dodir s hlađenom robom u slučaju rouštanja (ne može doći do oštećenja robe, nr. osjetljivog voća kod korištenja amonijaka), temerature u hladionici mogu se jednostavnije regulirati roorcionalnim umjesto dvooložajnim regulatorima. Za veće razgranate sustave hlađenja oćenito je otrebno manje rimarne radne tvari nego kod sustava s neosrednim hlađenjem. Nedostaci su sustava s medijem za rijenos toline veći investicijski i ogonski troškovi skočani sa manjim faktorom hlađenja. Uz retostavku da se koristi ista radna tvar i da su temerature hladionice i okoline jednake za oba romatrana slučaja, temeratura isarivanja biti će kod osrednog sustava niža, a temeratura kondenzacije viša (Sl. 5.4). ime će faktor hlađenja biti niži i rashladni uređaj veći. Za veće razgranate sustave otrebno je dobro razmotriti sa svih gledišta (investicijskog, ogonskog, ekološkog, održavanje, sigurnost) da li je ovoljnije koristiti sustav osrednog ili neosrednog hlađenja. 85
EHNIKA HAĐENJA zrak rimarna radna tvar h 0 Δ zrak 1 sekundarni nosilac rimarna radna tvar h 2 0 Δ F F, 0, 0 ok h 0, 0 Δ 0, 0 Δ q 0 q 0 s s Sl. 5.4. Usoredba rocesa s neosrednim isarivanjem i rocesa s medijem za rijenos toline u, s - dijagramu 5.4. VARI ZA PRIJENOS OPINE Ove tvari trebaju ri temeraturama koje se javljaju u hladionici i isarivaču ostati u tekućem agregatnom stanju. Kao tvari za rijenos toline koriste se: 5.4.1. Rasoline Rasuline su otoine soli u kaljevini, najčešće vodi. NaCl + H 2 O otoina natrijevog klorida (kuhinjske soli) u vodi CaCl 2 + H 2 O otoina kalcijevog klorida u vodi 5.4.2. Glikolne smjese o su smjese raznih alkohola s vodom. C 2 H 4 (OH) 2 + H 2 O smjesa etilen glikola i vode C 3 H 6 (OH) 2 + H 2 O smjesa roilen glikola i vode 86
EHNIKA HAĐENJA Na slici 5.5. dane su temerature smrzavanja nekih smjesa soli i vode odnosno glikola i vode M A kao funkcija sastava smjese. Sastav smjese definiran je izrazom ξ =, gdje je M A + MW indeksom W označena voda, a indeksom A sol ili glikol. ϑ [ C] 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40-45 -50-55 -60 NaCl+H 2 O C 3 H 6 (OH) 2 +H 2 O C 2 H 4 (OH) 2 +H 2 O CaCl 2 +H 2 O 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ξ [kg soli /kg smjese ] Sl. 5.5. emerature smrzavanja smjesa soli i vode i smjesa glikola i vode kao funkcija sastava smjese 5.4.3. Halogenirani ugljikovodici R123 CHCl 2 CF 3 R152a CHF 2 CH 3 R134a CH 2 FCF 3 trifluordikloretan difluoretan tetrafluoretan 5.4.4. Ugljik dioksid CO 2 Konfiguracija sustava slična je onoj rikazanoj na slici 5.2. Za cirkulaciju ukaljenog CO 2 iz isarivača rimarnog kruga koristi se crka. Hladnjak zraka u hladionici izveden je kao isarivač za CO 2. U isarivaču - hladnjaku zraka CO 2 djelomično isarava (rijelaz toline ovdje je oboljšan zbog isarivanja). Isareni se CO 2 otom ukaljuje u isarivaču rimarnog kruga. U usoredbi s nekim inače korištenim sekundarnim radnim tvarima, koje koriste 87
EHNIKA HAĐENJA latentnu tolinu otaanja (nr. binarni led), energija za cirkulaciju fluida kroz cjevovod je manja. Na slici 5.6 rikazan je faktor iskoristivosti rijenosa toline, za CO 2 i smjese različitih tvari s vodom, koji je dobiven kao omjer koeficijenta rijelaza toline (k) i otrebne snage crke za svladavanje otora strujanja, a u funkciji je temerature medija. Pri tome je referentna vrijednost od 100% tog faktora rihvaćena za vodu temerature 10 C. Prednost CO 2 iskazuje se kroz ujednačeno visoku vrijednost navedenog faktora u cijelom rasonu temeratura od -40 C do 20 C. Faktor iskoristivosti rijenosa toline [%] 120 100 80 60 40 20 0-40 -35-30 -25-20 -15-10 -5 H 2 O CO 2 R717 17,7 % Etilen glikol 40,2% Proilen glikol 43,2% 0 5 10 15 20 ϑ [ C] Slika 5.6. Faktor iskoristivosti rijenosa toline 5.4.5. Binarni led Binarni je led smjesa vode, leda i aditiva koju je moguće transortirati kroz cjevovode crkom. Radi se o susenziji najfinijih kristala leda koji livaju u kaljevini. Dodatkom raznih aditiva vodi, može se temeratura smrzavanja ovakve susenzije mijenjati od 1 o C do 40 o C. Ova susenzija se roizvodi u osebnim za to konstruiranim isarivačima. U kaljevini se kristali leda formiraju ri temeraturi koju uvjetuje koncentracija aditiva. Veličina kristala ovisi o vrsti i količini aditiva, a kreće se od 0,01 do 0,1 mm. Kao aditivi, tj. tvari za snižavanje temerature smrzavanja dolaze u obzir soli NaCl, MgCl 2, CaCl 2, K 2 CO 3, etanol C 2 H 5 OH, metanol CH 3 OH, etilenglikol C 2 H 4 (OH) 2 roilenglikol C 3 H 6 (OH) 2. Pri dovođenju toline mijenja se agregatno stanje i led iz susenzije relazi u kaljeviti oblik (sav ili djelomično). Pritom se entalija smjese mijenja za: Δ h = c Δ + r SW Δξ [kj/kg] gdje je c secifični tolinski kaacitet kaljevine (za vodu je secifični tolinski kaacitet c = 4,187 [kj/kgk] ), Δ razlika temeratura smjese na ulazu i izlazu iz hladnjaka, W 88
EHNIKA HAĐENJA r SW = 334 [kj/kg] tolina smrzavanja vode, i Δ ξ razlika masenih udjela leda rije i nakon otaanja. Maseni udio leda u smjesi leda i vode s aditivima definiran je izrazom M ξ =. M + M A+ W Za sekundarne nosioce toline koji ne mijenjaju agregatno stanje ri dovođenju toline vrijedi Δ h = cδ [kj/kg]. Volumenski rotok sekundarnog nosioca toline za neki učinak Q & 0 je Q& V& 0 = [m 3 /s] ρ Δh aj će rotok biti manji za slučaj da se koristi binarni led kod kojega dolazi do fazne romjene. ab. 5.1. vrijednosti za Δh za različite Δ i ξ, kod korištenja vode bez aditiva. ξ Δ [K] 0 2 4 6 8 10 14 0 0 kj/kg 8 kj/kg 17 kj/kg 25 kj/kg 34 kj/kg 42 kj/kg 59 kj/kg 10 33 kj/kg 42 kj/kg 50 kj/kg 59 kj/kg 67 kj/kg 75 kj/kg 92 kj/kg 20 67 kj/kg 75 kj/kg 83 kj/kg 92 kj/kg 100 kj/kg 109 kj/kg 125 kj/kg 30 100 kj/kg 108 kj/kg 117 kj/kg 125 kj/kg 134 kj/kg 142 kj/kg 159 kj/kg 40 133 kj/kg 142 kj/kg 150 kj/kg 158 kj/kg 167 kj/kg 175 kj/kg 192 kj/kg Primjer: Za sustav s hladnom vodom, nr. olazne/ovratne temerature 6/12 o C vrijedi Δh = cw Δ = 4,187 6 = 25,122 [kj/kg]. Za sustav s binarnim ledom olazne temerature 2 o C i Δ = 6 o C, te s udjelom leda ξ = 0,2 dobiva se Δh = c Δ + ξ = 4,187 6 + 0,2 334 = 91, 9 [kj/kg]. W r SW Ovo znači da će za transort binarnog leda trebati znatno manji cjevovodi nego što je to otrebno za druge sekundarne nosioce toline. U usoredbi s hladnom vodom, rotok je 3-8 uta manji, dok je ad tlaka ri strujanju kroz cjevovode 1,5 do 3 uta veći (susenzija se ne onaša kao Newtonski fluid, već o drugim zakonitostima). Oćenito će otrošnja energije za ogon crki biti manja. Kod rimjene akumulacije, akumulator energije može biti znatno manji u nego kod korištenja sekundarnih nosioca toline koji ne mijenjaju agregatno stanje. 89