Instalacja wody lodowej jako alternatywa dla systemów klimatyzacji freonowej

Efektywne odprowadzanie ciepła z budynku wymaga montażu odpowiedniego systemu klimatyzacji, który będzie w stanie obniżyć temperaturę do oczekiwanego przez użytkownika poziomu. Wśród instalacji klimatyzacyjnych wciąż większość stanowią urządzenia wykorzystujące freon. Systematycznie rośnie jednak popularność układów wykorzystujących tanią i ekologiczną wodę lodową.

Systemy klimatyzacyjne do budynków biurowych, komercyjnych i przemysłowych

Ze względu na położenie geograficzne oraz panujący klimat letnie upały nie trwają w naszym kraju zbyt długo, a maksymalne temperatury, choć osiągają niekiedy wysokie wartości, to nie są tak niebezpieczne, jak w krajach znajdujących się bliżej równika. Jednocześnie procesy związane za zmianą klimatu, postępująca urbanizacja i częstsze tworzenie się „miejskich wysp ciepła”, czyli obszarów, które w lecie stają się cieplejsze niż tereny je otaczające, wzrasta zainteresowanie urządzeniami klimatyzacyjnymi. Są one zakładane w budynkach mieszkalnych, stały się niezbędnym elementem biurowców i centrów handlowych, których konstrukcja sprzyja nagrzewaniu się wnętrza, a możliwości naturalnej wymiany powietrza nie stoją zwykle na zbyt wysokim poziomie. W większości obiektów tego typu przeszklone i nieosłonięte elewacje szybko prowadzą do przegrzania, podobnie jest w przypadku dachów obiektów handlowych i magazynowych, które przy swojej dużej powierzchni gromadzą znaczne ilości ciepła – zauważa ekspert z firmy WestFrost, wykonującej prace związane z projektowaniem, budową i wyposażaniem systemów chłodniczych.

Wydajna klimatyzacja jest niezbędna również w obiektach przemysłowych, gdzie zwykle mamy do czynienia z halami stalowymi o dużej kubaturze, których wnętrze ogrzewa się pod wpływem promieniowania słonecznego. Przy działalności produkcyjnej często pojawia się także znaczna ilość ciepła wytwarzana przez działające maszyny i urządzenia oraz powstająca w wyniku procesów technologicznych. Kłopoty z nadmierną temperaturą przekładają się na zdrowie i wydajność pracowników, często sprawiają też problemy wykorzystywanym układom chłodzenia poszczególnych linii produkcyjnych. Szybkie przegrzewanie się rozmaitych podzespołów, zwłaszcza części ruchomych pogarsza smarowanie i zwiększa zużycie wskutek tarcia oraz podnosi ryzyko awarii.

Odprowadzanie ciepła z budynków wymaga stosowania efektywnej klimatyzacji. Najbardziej rozpowszechnionymi urządzeniami chłodzącymi są instalacje wykorzystujące freon. Zapewnia on bardzo dobrą efektywność energetyczną ERR (Energy Efficiency Rating) określaną jako stosunek pobranej mocy do wytworzonej mocy chłodniczej oraz świetną wydajność układu COP (Coefficient of Performance) przy niezbyt wysokich kosztach eksploatacyjnych. Korzystanie z instalacji wykorzystujących freon pozwala też na brak ograniczeń, jeśli chodzi o rozległość układu oraz zaawansowane systemy sterujące. Urządzenia wykorzystujące freon mają jednak również wiele wad. Ich zakup i instalacja oznacza konieczność poniesienia wysokich kosztów, budowa instalacji jest stosunkowo kłopotliwa, a w razie nieszczelności dochodzi do utraty ogromnych ilości czynnika. Ważne jest również to, że wiele związków zaliczanych do grupy freonów, jest potencjalnie niebezpiecznych dla środowiska naturalnego ze względu na swój wysoki wskaźnik GWP (Global Warming Potential), którego wartość pokazuje równowartość emisji dwutlenku węgla o identycznym wpływie na klimat z jednego kilograma danego czynnika.

Jak działa instalacja klimatyzacyjna wykorzystująca wodę lodową?

Najlepszą i najbardziej wydajną alternatywą dla stosowania systemów wykorzystujących różne rodzaje freonu jest montaż urządzeń, w których czynnikiem chłodniczym jest tzw. woda lodowa. W tym przypadku w instalacji systemu klimatyzacyjnego krąży woda, której temperatura przy pomocy agregatów do schładzania, tzw. chillerów jest obniżana do około 6°C. Jest ona kierowana do jednostek chłodzących, będących wymiennikami ciepła, które odbierają je z otoczenia ogrzewając wodę po ogrzaniu do ponad 10°C powracającą do chillera.

W charakterze wymienników ciepła mogą być wykorzystywane zarówno chłodnice montowane wewnątrz systemu dystrybuującego powietrze, jak i klimakonwektory zakładane albo w kanałach wentylacyjnych, albo bezpośrednio w pomieszczeniach, np. w podwieszanych sufitach lub na ścianach jak typowe grzejniki. Działają one dzięki wymuszonemu przepływowi powietrze uzyskiwanemu za sprawą zasilanych energią elektryczną wentylatorów. Strumień powietrza stykając się z powierzchnią wymiennika, ogrzewa znajdującą się wewnątrz wodę, jednocześnie ulegając oziębieniu.

Warto pamiętać, że instalacja klimatyzacyjna wykorzystująca wodę lodową może współpracować z wymiennikami klasycznymi tj. dwururowymi mającymi wyjście zasilające oraz wyjście zwracające czynnik do instalacji albo czterorurowymi, w których zainstalowane są zarówno system chłodzący, jak i grzewczy. Rozwiązanie tego typu jest bardziej praktyczne i tańsze.

W instalacjach wody lodowej do uzyskiwania odpowiednio niskiej temperatury są wykorzystywane agregaty, które wykorzystując działanie sprężarki, odbierają energię zmagazynowaną w wodzie. Opierają się one o odwrotny schemat działania niż wykorzystywany w klasycznych pompach ciepła. W tym przypadku woda jest ochładzana dzięki rozprężaniu używanego w agregacie czynnika. Otrzymywane w tym procesie ciepło wyprowadzane jest na zewnątrz, a wykorzystywany skraplacz chłodzony powietrzem za pomocą wentylatorów lub cieczą. W przypadku chłodzenia powietrznego cały agregat jest zwykle umieszczany poza budynkiem. Efektywność chłodzenia powietrznego jest zwykle nieco niższa, jednak sama instalacja tańsza i mniej kłopotliwa w obsłudze niż wersje używające cieczy.

Zalety korzystania z klimatyzacji wykorzystującej wodę lodową

Systemy chłodzenia wodą lodową wyróżniają się przede wszystkim niskimi kosztami wykonania samej instalacji. Plusem jest fakt, że wykorzystywany czynnik jest powszechnie dostępny i tani, więc ewentualne efekty rozszczelnienia instalacji nie generują wysokich kosztów związanych z jego utratą. Dość tania jest też eksploatacja systemu wody lodowej – wydatki wiążą się jedynie z kosztami energii elektrycznej potrzebnej do działania pomp obiegowych oraz sprężarki agregatu czy wentylatorów montowanych w klimakonwektorach. Dużą zaletą jest też prostota samej instalacji oraz szeroki wybór elementów, z jakich może być wykonana.

Instalacja wody lodowej, która jest wykorzystywana na zewnątrz, musi jednak być chroniona przed zamarzaniem. Skutkiem zbytniego wychłodzenia byłaby poważna awaria agregatu oraz uszkodzenie rur. Jednym z najpowszechniej stosowanych rozwiązań jest dodawanie do krążącej w instalacji wody lodowej glikolu etylenowego lub propylenowego o stężeniu od 30 do 40%.

Korzystając z instalacji wody lodowej, nie można też zapominać o zagrożeniach, wiążących się z jej wykorzystywaniem. Podstawowym problemem jest tu tendencja do odkładania się kamienia kotłowego przez wytrącanie się węglanu wapnia CaCO₃ oraz węglanu magnezu MgCO₃ i wodorotlenku magnezu Mg (OH)₂, które nie rozpuszczają się w wodzie i mogą z czasem gromadzić się wewnątrz rur czy zaworów. Wprawdzie niska temperatura podczas pracy instalacji nie sprzyja zachodzeniu tego procesu, jednak jeśli instalacja będzie włączana tylko okresowo, konieczne będzie używanie środków, które zapobiegną powstawaniu kamienia. Problemem może się też okazać kwestia tworzenia się wewnątrz instalacji biofilmu, czyli osadzania się kolonii bakterii, które mogą silnie zanieczyścić wodę, co będzie groźne w razie powstania wycieku. Z problemem tym można siebie jednak poradzić, stosując odpowiednie preparaty odkażające.

Instalacje klimatyzacyjne korzystające z wody lodowej sprawdzają się bardzo dobrze w obiektach o dużej kubaturze. Są w stanie osiągać satysfakcjonującą wydajność, a używany w nich czynnik chłodniczy w postaci wody jest o wiele bardziej przyjazny dla środowiska naturalnego od innych i nie wpływa na zwiększenie emisji dwutlenku węgla, nie przyczyniając się do ocieplania klimatu. Istotny jest również niski koszt utrzymania urządzeń używających wody lodowej.