Projekt nanoCOOL System klimatyzacyjny nowej generacji, łączący konwencjonalny system chłodzenia z innowacyjnym systemem kontroli wilgotności
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 03.03.2016

Nowoczesna konstrukcja budynków biurowych i użyteczności publicznej wymaga stosowania wentylacji i klimatyzacji. Niektóre budynki, jak na przykład szpitale, muszą być dodatkowo stale monitorowane pod kątem czystości mikrobiologicznej. Chłodzenie i ogrzewanie pomieszczeń oraz podgrzew ciepłej wody pochłania szacunkowo około połowy całkowitej energii zużywanej w budynkach. Według różnych badań budynki są odpowiedzialne za 40% światowego zużycia energii i są istotnym źródłem emisji dwutlenku węgla (CO2).

 

 

Na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat powszechność stosowania kontrolerów temperatury i wilgotności powietrza bardzo przybrała na sile. Zjawisko to jest związane bezpośrednio ze wzrastającym komfortem życia społeczeństw rozwiniętych technologicznie, a co za tym idzie, z potrzebą posiadania komfortowych warunków pracy, rekreacji czy możliwości wygodnego dokonywania zakupów. Drugim czynnikiem jest znaczny wzrost ilości czasu spędzanego w zamkniętych pomieszczeniach w stosunku do ubiegłych lat. Spowodowane jest to szybkim rozwojem aglomeracji oraz ciągłym zwiększaniem ilości miejsc pracy w budynkach. Można przypuszczać, że tendencja ta nie tylko się utrzyma, ale również będzie wzrastać. Systemy klimatyzacyjne mogą zatem stanowić ważny obszar umożliwiający obniżenie ogólnego zużycia energii, poprawy bezpieczeństwa energetycznego i zmniejszenia emisji CO2, pod warunkiem zmiany mechanizmu chłodzenia i nawilżania powietrza.

 

 

 2016 3 49 1

 

 

Założenia projektu nanoCOOL 

 

W odpowiedzi na zapotrzebowanie rynku, w 2012 roku powstał innowacyjny projekt o nazwie nanoCOOL. Jest to projekt europejski, realizowany w ramach siódmego programu ramowego UE. Projekt jest koordynowany przez fi rmę Tecnalia (Fundacion Tecnalia Research & Innovation, Hiszpania), a jego konsorcjantami są następujące organizacje: Czechy: FENIX TNT, Niemcy: SGL CARBON, Izrael: TECHNION, Włochy: D’APPOLONIA, DECSA, POLITECNICO DI TORINO, STAM, Polska: RIDAN, Hiszpania: AIRLAN, UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI, Tajwan: NATIONAL TAIWAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY. Projekt zostanie planowo ukończony w 2016 roku, a jego celem jest opracowanie energooszczędnego, wydajnego systemu klimatyzacyjnego, z niezależnym układem kontroli temperatury i wilgotności, wykorzystującego połączenie konwencjonalnego systemu chłodzenia z systemem opartym na ciekłym osuszaczu.

 

W ramach projektu, na bazie matematycznego modelu stworzonego dzięki programowi EES, zaprojektowano absorber, w którym następuje kontakt ciekłego osuszacza z powietrzem. Zaprojektowano także regenerator ciekłego osuszacza, niskotemperaturowy wymiennik ciepła (współpracujący z cieczą roboczą jaką jest wodny roztwór chlorku litu), będący jednym z głównych komponentów obiegu ciekłego osuszacza oraz niezależny system kontroli obu części systemu. Wszystkie zaprojektowane części składowe połączono w unikalny, pełny system klimatyzacyjny.

 

Większość aktualnie stosowanych systemów klimatyzacyjnych wykorzystuje ten sam mechanizm zarówno do obniżania temperatury powietrza jak i do usuwania wilgoci. Zwykle, taki podwójny system jest mało efektywny. Zaproponowany innowacyjny system nanoCOOL wykorzystujący Hybrydowe Ciekłe Osuszacze (HCO) do kontroli wilgotności powietrza oraz konwencjonalny system kondensacji par do kontroli temperatury może być rozwiązaniem skutecznie obniżającym zużycie energii oraz emisję CO2.

 

 

2016 3 50 1

Rys. 1. Schemat wymiennika osuszacza

 

 

Obecnie stosowane systemy tego rodzaju posiadają jednak pewne wady. Ciekły osuszacz jest regenerowany przez podgrzewanie, dzięki czemu traci zaabsorbowaną wodę. Ogrzewanie jest reakcją endotermiczną, która wymaga dostarczenia energii ze źródeł zewnętrznych, aczkolwiek może to być energia „ekologiczna”, pochodząca ze źródeł takich jak gaz ziemny czy kolektory słoneczne. Ponadto najbardziej skuteczne ciekłe osuszacze powodują korozję niemal wszystkich stopów metali stosowanych jako materiały konstrukcyjne. Jest to poważna wada, stanowiąca barierę dla wprowadzenia systemów HCO na rynek. 

 

Projekt nanoCOOL rozwiązuje część wymienionych problemów poprzez opracowanie innowacyjnego systemu wykorzystującego nowy HCO, mogący pracować efektywnie zarówno w obiektach prywatnych jak i komercyjnych. W projekcie nanoCOOL ciepło wydzielane z jednostki kondensującej pary regeneruje osuszacz.

 

Taki mechanizm znacznie zwiększa sumaryczną wydajność systemu nanoCOOL, powodując spadek zużycia energii do około 55% energii stosowanej w konwencjonalnych systemach. Związkiem wykorzystanym jako osuszacz jest chlorek litu (LiCl) w roztworze wodnym. Ma on odpowiednie właściwości, aby stanowić osuszacz nowej generacji. Jego jedyną wadę stanowi fakt, że wodny roztwór ma właściwości korozyjne, z powodu generowania dużej ilości chlorków, co w znaczący sposób zostało ograniczone w projekcie nanoCOOL poprzez zastosowanie efektywnych demisterów.

 

 

2016 3 50 2

Rys. 2. Schemat ideowy systemu nanoCOOL

 

 

Budowa systemu klimatyzacyjnego nanoCOOL

 

Trzema głównymi komponentami systemu jest:

  • obieg ciekłego osuszacza (LDS – ang. Liquid Dessicant System);
  • centrala wentylacyjna zapewniająca obieg powietrza (AHU – ang. Air Handling Unit); 
  • pompa ciepła, zapewniająca możliwość grzania i chłodzenia jednocześnie (PU – ang. Polyvalent Unit).

 

Cały system składa się z absorbera, regeneratora, kompresora, akumulatora, zaworów rozprężnych oraz trzech wymienników ciepła: wymiennik ciepła w roztworze ciecz-ciecz, wymiennik ciepła w absorberze oraz wymiennik ciepła w regeneratorze. Absorber i regenerator są zintegrowane odpowiednio z wyparką i skraplaczem w układzie kondensacji par. Osuszacz cieczowy i czynnik chłodzący krążą w obiegu zamkniętym między wyparką a skraplaczem. Ciekły osuszacz jest dostarczany grawitacyjnie do płaskich powierzchni żeber, skonfigurowanych prostopadle do rur chłodniczych, w celu jak najefektywniejszego kontaktu z powietrzem przepuszczanym wzdłuż płaskich powierzchni żeber. W absorberze zarówno powietrze jak i roztwór są chłodzone dzięki odparowaniu chłodziwa, a powietrze jest osuszane przez bezpośredni kontakt z opadającym osuszaczem w postaci cienkiego filmu. W regeneratorze, regenerowane powietrze i roztwór ogrzewane są dzięki kondensacji chłodziwa.

 

W wymienniku ciepła cieczowym, wymiana ciepła odbywa się między gorącym regenerowanym roztworem a chłodnym roztworem pochodzącym z instalacji. Problem korozji instalacji spowodowanej kontaktem z LiCl rozwiązano dzięki zastosowaniu rur chłodniczych wykonanych z polipropylenu poddanych dodatkowo powierzchniowemu oddziaływaniu plazmy, co przyczyniło się do zwiększenia zwilżalności powierzchni rur. Zwiększyło to wydajność systemu poprzez zapewnienie wysokiej wartości stosunku powierzchni kontaktu do objętości.

 

W oparciu o najnowsze osiągnięcia w dziedzinie nanomateriałów, wytworzono wielofunkcyjne wymienniki ciepła, a następnie zaprojektowano i skonstruowano kompletny system klimatyzacyjny wykorzystujący HCO. Następna faza projektu zakłada opracowanie specyfi kacji systemu pod względem zapotrzebowania na moc, temperatury robocze, uzyskiwany poziom osuszania i inne parametry użytkowe. Obecnie system ten poddawany jest testom zarówno w laboratorium jak i w obiekcie demonstracyjnym. Ostatecznie zostanie opracowana metodologia oceny cyklu życia systemu, w celu wykazania prawdziwej poprawy pod względem zużycia energii i emisji CO2 w stosunku do istniejących i działających systemów chłodniczych. Model matematyczny systemu zawierającego cieczowy osuszacz został opracowany przez program EES, który może być stosowany do projektowania i symulacji całego systemu HCO i jego głównych komponentów. Rozpoczęto również rozwijanie pomysłu na większą skalę, zbliżoną do warunków rzeczywistych. W pełni sprawny demonstrator jest testowany i eksploatowany na Tajwanie na obiekcie basenowo-rekreacyjnym, gdzie kwestia wysokich wartości temperatury i wilgotności jest szczególnie istotna.

 

 

Zalety systemu nanoCOOL

 

Parametry charakterystyczne dla systemu nanoCOOL są podstawą do twierdzenia, że w bardzo wymagającym, wilgotnym i bardzo ciepłym środowisku basenu, system ten będzie dobrym rozwiązaniem. Ponadto zaprojektowano unikalny system sterowania dla projektu nanoCOOL, wykorzystywany do kontroli oddzielnie wilgotności i temperatury. Używany w połączeniu z konwencjonalnymi klimatyzatorami dachowymi lub wolnostojącymi jednostkami, system nanoCOOL jest w stanie osiągnąć zadaną temperaturę i wilgotność znacznie szybciej i przy znacznie mniejszym nakładzie energii niż inne urządzenia.

 

O ile podstawową funkcją systemu nanoCOOL jest osuszanie i chłodzenie, dzięki zastosowanej do tego celu technologii, system ten wpływa również na jakość powietrza. Płynny osuszacz, jakim jest chlorek litu (LiCl), jest w stanie również niszczyć niektóre bakterie, wirusy i alergeny [1, 2, 3] znajdujące się w powietrzu.

 

 

Podsumowanie

 

NanoCOOL jest innowacyjnym projektem, zmieniającym podejście do kwestii wentylacji i chłodzenia. Dzięki zastosowaniu soli nieorganicznych, posiadających właściwości silnie higroskopijne, a także wytrzymałych materiałów konstrukcyjnych, może istotnie zmniejszyć zużycie energii w budynkach oraz obniżyć emisję CO2. Pomysłowa konstrukcja systemu nanoCOOL pozwala na łatwe jego połączenie z obecnie stosowanymi systemami klimatyzacyjnymi, a także późniejszą wymianę dotychczasowych elementów na nowe. Jest to ogromna zaleta, gdyż bardzo obniża to koszty ewentualnej wymiany całych systemów klimatyzacyjnych.

 

 

mgr inż. Michał SMYCZYŃSKI
Członek Zarządu, Ridan Sp. z o.o.

 


dr inż. Ewa SZMIDT
 konsultant naukowy, Ridan Sp. z o.

 

 

2016 3 51 1 

Ridan Sp. z o.o.
ul. Sapieżyńska 10
00-215 Warszawa
tel.: 22 530 59 30
fax.: 22 530 59 07
e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.
www.ridan.pl 

o.

 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

  • Pompy ciepła 2010

  • Pompy ciepła 2011

 

 

01 chik        kig 134x45 left   

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.