Zagrijavanje s izlaznom toplinom

Kao jedan od vodećih subjekata na tržištu s područja regenerativnih energija, rukovodstvo poduzeća posebnu je pažnju pridalo štedljivom korištenju energije, korištenju izlazne topline i snižavanju pogonskih troškova

Dvije godine nakon početka izrade prvih solarnih ćelija, poduzeće Q-Cells d o iz Thalheim, Njemačka, započelo je u svojem novom pogonu, sa proizvodnjom fotovoltaičnih visokoučinkovitih, visokokapacitetnih ćelija. Za razliku od Pogona I sa odvojenim grijaćim, klima, rashladnim i uređajem s povratnim hlađenjem, u Pogonu II, izlazna toplina iz postupka proizvodnje fotovoltaičnih ćelija, direktno se koristi za predzagrijavanje pritočnog zraka.

Novina: veliki dio rashladnih potreba za klima uređaj i cjelokupno povratno hlađenje procesne vode, postiže se adijabatskim hlađenjem. Grijaći kotao i rashladne mašine uključuju se samo još prilikom prekida pogona ili pri ekstremno toplim odnosno hladnim vanjskim temperaturama.
Pet godina nakon osnivanja, poduzeće Q-Cells d o Thalheim, Njemačka, postalo je drugi po veličini njemački proizvođač fotovoltaičkih ćelija (PV). Prva potpuno automatska proizvodnja zapčela je 2001 godine, a druga tvornica sa ukupno 2000 m2 proizvodne i uredske površine, puštena je u promet 2003. Sa ovim proširenjem, kao i sa promjenom od 5-inčne na 6-inčnu PV-ćeliju, poduzeće je moglo udvostručiti proizvodni kapacitet. Nova visokokapacitetna PV-ćelija ima za 44% veću gornju površinu i u masovnoj izradi postiže se stupanj korisnosti od maksimalno 16,4 %.
Kao jedan od vodećih subjekata na tržištu s područja regenerativnih energija, rukovodstvo poduzeća posebnu je pažnju pridalo štedljivom korištenju energije, korištenju izlazne topline i snižavanju pogonskih troškova. Dok su unutar Pogona I uređaji grijanja, klime i rashlađivanja bili koncipirani kao pojedinačni sistemi, stručni je planer kod Pogona II već od samog početka strijemio ka inovativnim povezanim rješenjima. Već kod preliminarnih planova se pokazalo, da je zbroj izlazne topline iz peći, kaustičnih uređaja, linije tlačnog sita i drugog dostatan, da se pritočni zrak uređaja prostorne klime sa snagom zraka od 42000 m3/h, čak i u zimi zagrije od – 14 na +32 stupnja C.
Izračunavanja su također pokazala, da je pomoću adijabatskog ovlaživanja moguće tijekom većeg dijela godine izaći na kraj bez mašinski proizvedene rashladne energije. Nakon većeg broja ponuđenih toplinsko-rashladnih spregnutih koncepata, donešena je odluka o korištenju jednog od njih.
Trostruki sistem

Centralni dio toplotno-rashladnog povezanog koncepta je LUMI-sistem povratnog hlađenja koji je smješten unutar zgrade u klima-centrali. On je tako integriran u toplinsko sprijezanje, da se procesna izlazna toplina primarno koristi za pred i naknadno zagrijavanje klimatiziranog zraka, a još uvijek prisutni viškovi topline, se preko LUMI-povratnog hladnjaka izvode van. Razvodno mjesto je hidraulična skretnica između nadolazeće tople i izlazeće hladne procesne vode ventilacijskog centralnog aparata, odnosno povratnog rashladnog sistema.
Ležećki raspoređen LUMI-povratnorashladni sistem je konstrukcijski slično izgrađen kao i ventilacijski centralni aparat, no ipak sa tom razlikom, što su čak dva LUMI-ovlaživača tlačne, komprimirane vode, poput kaskada postavljena jedan iza drugoga. Vanjski zrak prostrujava sistemske sastavne djelove, koji su postavljeni jedan nakon drugog: rešetka vanjskog zraka, zvučni izolator, maglena komora 1, hladnjak 1, 300 kW (procesna voda), maglena komora 2, hladnjak 2, 300 kW (procesna voda), hladnjak 3, 400 kW (kondenzator hladnjak rashladne mašine, bez prskanja), radijalni ventilator, usisno postavljen, motor u struji izlaznog zraka, na taj način bez porasta, temperature zbog pogona ventilatora, izolator zvuka, rešetka za izlazni zrak Dimenzije 1000-kW-povratnog rashladnog sistema iznose 8,30 m duljina, 3,36 m širina i 3,13 m visina. LUMI- povratni hladnjak, koji je razvio Ludwig Michelbach, radi na principu adijabatskog hlađenja, u kojem se koristi isključivo potpuno slana voda (VE-voda), sa električnom vodljivošću od maksimalno 100 uS/cm.
Prednosti VE-vode kod adijabatskog hlađenja su:
nema pojave kamenca na gornjim površinama toplinskih prijenosnika, nema ispuštanja mulja, što doprinosi manjim troškovima za sviježu i otpadne vode, viši, konstrukcijski uvjetovani higijenski standard koji odgovara normi VDI 6022 (certificirano), manji troškovi održavanja i kontroliranja (jednom godišnje), nema upotrebe kemikalija za stabiliziranje higijene vode.
Za ovu vrstu zračnog zagrijavanja, Michelbach je razvio vlastitu regulirajuću strategiju. Ona se sastoji od regulacije temperature pritočnog zraka u obliku kaskadne regulacije i regulacije temperature

Posebnost LUMI-koncepta je frekvencijski regulirana visokotlačna pumpa sa varijabilnim pritiskom. Ona dopušta, da se preko preciznih mlaznica unosi samo toliko vode, koliko je stvarno potrebno za povratno hlađenje medija za prijenos topline. Maglena komora ostaje na taj način i dalje suha.

Pored koncepta rgulacije, koji je egzaktno podešen na adijabatsko hlađenje, vrlo ekonomičnom ovlaživačkom hlađenju doprinose poseban raspored mlaznica, geometrija mlaznica, kao i duljina puta vlaženja. Uspoređeno sa konvencionalnim rashladnim tornjem pri punoj snazi, LUMI-sistem povratnog hlađenja može raditi sa 60% manje vode. Veliki udio unutar visokog stupnja ukupnog djelovanja, otpada u prvoj liniji na protustrujne prijenosnike topline, koji su u stanju iskoristiti čak i najmanje temperaturne razlike. Uz pomoć priključivanja cjevovoda za prijenos topline, svi su redovi cijevi, prema Tichelmannu, ravnomjerno izloženi; stupanj korisnosti prijenosnika topline može se na taj način podići sve do 95%.
Prilagođavanje izrađene količine zraka, na određenu potrebu povratnog hlađenja, događa se preko radialnog ventilatora sa reguliranim brojem okretaja. Mjerne vrijednosti za regulacijske krugove dobivaju se od strane dvaju temperaturnih senzora, koji se nalaze na ulazu, odnosno izlazu za hladnu vodu iz sistema povratnog hlađenja, te mjerač protočne struje protjecanja u vručem plinu rashladne mašine. Na taj se način željena temperatura procesne rashladne , egzaktno zadržati. Temperaturne oscilacije, koje su tipične za dvostupanjski regulirane rashladne tornjeve, se ovdje uopče ne pojavljuju.
Potrebom vođeni rashladni uređaji

Još jedna posebnost unuar energetskog koncepta Q-čelija je rashladna mašina sa 340 kW rashladne snage pri temperaturi zraka od 32 stupnja C na kondenzatorskom hladnjaku. Koncept regulacije, koji je razvio Michelbach, dozvoljava u stupanj točno izdvajanje hladne vode, bez dodatnog odbojničkog spremnika. Pri tome se vijčani kompresor regulira između 10 i 100 % nestupnjevano.
Predviđeni su slijedeći načini pogona:hladna voda od 14 stupnjeva C za zračno hlađenje klima uređaja (bez odvlaživanja) hladna voda od 6 stupnjeva C za odvlaživanje pritočnog zraka klima uređaja povremena opskrba rashladnim aparatima unutarnjeg zraka za vrijeme izrade.
Unutar LUMI-sistema povratnog hlađenja raspoređeni kondenzator rashladne mašine je tako postavljenm, da i bez preduključenog adijabatskog hlađenja, postiže punu snagu, učinak povratnog hlađenja.
LUMI-ovlaživač vodom pod tlakom

Iako se proizvodnja solarnih ćelija odvija u gotovo sterilnim uvjetima, za klimatizaciju proizvodnih prostorija dovoljna je konvencionalna priprema zraka (predfilter F7, filter pritočnog zraka F9). Kako bi se izbjeglo prodiranje nefiltriranog zraka preko razdjelnica, fuga, pomoću centralnog ventilacijskog aparata stvara se lagani pretlak od 10 do 15 Pa. Za odvođenje materijalnih i toplinskih opterećenja fabrikacijska hala treba volumen pritočnog zraka od 42000 m3/h, pri temperaturama prostorije od najmanje 22 stupnja C i u zimi i u ljetu.
Vlažnost zraka prostorije bi u zimi trebala biti na 45% relativne vlage; u ljetu se vrijednost od x = 11,5 g/kg po mogućnosti ne bi trebala prekoračivati. Cilj je osim toga bio, iskorištavanje procesne izlazne topline u svrhu predzagrijavanja i naknadnog zagrijavanja zraka. Razlike u toplini se mogu izjednačiti preko panelnog prijenosnika topline (200 kW) iz konvencionalnog uređaja centralnog grijanja, a za opskrbu radijatora u uredima. Ovlaživanje pritočnog zraka bi se trebalo isključivo, a hlađenje zraka što je moguće obuhvatnije, odvijati preko adijabatskog prskajućeg ovlaživača.
Zimski pogon

Vanjski se zrak (minimalno – 14 stupnjeva) zagrijava u predgrijaču (protustrujni prijenosnik topline sa dvanaest cijevnih redova) pomoću procesne topline od 35 stupnjeva C na približno 32 stupnja, te se nakon toga u adijabatskom prskajućem ovlaživaču vlaži potpuno desaliniziranom vodom. Pri tome se zrak hladi na od prilike 14,5 stupnjeva C. Ovim hlađenjem nastaje daljnja temperaturna razlika u odnosu na procenu vodu (35/25 stupnjeva C), koja se još rashlađuje pomoću završnog grijaća (kombinirani grijuće/rashladni registar sa pet redova cijevi).
Za ovu vrstu zračnog zagrijavanja, Michelbach je razvio vlastitu regulirajuću strategiju. Ona se sastoji od regulacije temperature pritočnog zraka u obliku kaskadne regulacije (zaklopac unutarnje cirkulacije zraka na maksimalnoj vrijednosti, grijači ventil predgrijač otvoren, grijači ventil izlazni grijač otvoren) i regulacije temperature samotoka sa utvrđenom krivuljom grijanja za prugu rashladne vode. Pošto se u proizvodnoj hali isključila statička toplina tijela, morao se upuhivati pritočni zrak za pokrivanje gubitaka transmisijske topline sa prekomjernom toplinom od ca 5 do 6 K. Određena, predviđena potrebna vlažnost pritočnog zraka se tako dugo regulira, sve dok vlaga prostorije ne dosegne tu zadanu vrijednost. Nakon toga se vlažnost pritočnog zraka spušta, kako bi se zadržala zadana vrijednost u prostriji.
Uz pomoć priključivanja cjevovoda za prijenos topline, svi su redovi cijevi, prema Tichelmannu, ravnomjerno izloženi; stupanj korisnosti prijenosnika topline može se na taj način podići sve do 95%

Ljetni pogon

Za halđenje u ljetnom periodu na raspolaganju stoji rashladni uređaj sa rashladnom snagom od 340 kW pri temperaturama hladne vode od 6/12 stupnjeva C. Kao ekstremna vrijednost stanja vanjskog zraka uzeta je temperatura od 32 stupnja sa 40% vlage u prostoriji. Oba prijenosnika topline i ovlaživač vode pod pritiskom centralnog ventilirajućeg aparata su tako dimenzionirani, da je adijabatsko hlađenje dostatno čak i kod relativno visokih vanjskih temperatura i normalne vlažnosti vanjskog zraka.
Stanja pogona sa ovlaživanjem zraka (adijabatsko hlađenje) i priključivajućim hlađenjem s mehanički proizvedenom hladnoćom kod niskih temperatura registarske gornje površine, trebala bi se iz energetskih razloga izbjegavati. Kod adijabatskog hlađenja se zbog toga strijemi prema temperaturama protočne hladne vode od više od 14 stupnjeva, što znači da temperatura gornje površine hladnjaka mora ležati iznad temperature točke rošenja kod x max, ad naredba = 10,5 g/kg.
Kod Q-ćelijskog uređaja absolutna je vlažnost pri 10,5 g/kg i vlažnosti pritočnog zraka na izlazu aparata, ograničena na 75% vlažnosti prostorije. Vlažnost zraka prostorije podešava se pri prostornoj temperaturi od 22 stupnja na približno 60%. Regulacijsko tehnički se granična vrijednost vlage postiže putem ograničavanja učinka ovlaživačke pumpe. Pogon adijabatskog hlađenja je samo onda sa smislom, kada entalpija vanjskog zraka leži ispod 59 kJ/kg.
U osnovi su u centralnom ventilacijskom aparatu sa kombinacijom adijabatsko hlađenje/mehaničko hlađenje, moguće slijedeće vrste pogona: pogon grijanja sa ovlaživanjem zraka, hlađenje sa adijabatskim ovlaživanjem zraka bez naknadnog hlađenja, hlađenje sa adijabatskim ovlaživanjem zraka i naknadnim hlađenjem ali bez odvlaživanja, standardno hlađenje (mehanički) bez odvlaživanja, standardno hlađenje (mehanički) s odvlaživanjem
Za spriječavanje šteta od smrzavanja postoji specijalna startna regulacija.
Otpornost

Prva ljetna iskustva pokazuju, da kombinacija adijabatskog povratnog hlađenja i centralnog ventilacijskog aparata sa adijabatskim hlađenjem, funkcionira u najboljem redu. Uređaj je od samog početka radio potpuno zadovoljavajuće i na radost korisnika, čak i za vrijeme tzv psećih dana sa vanjskim temperaturama od 40 stupnjeva. Za vrijeme suho vrućeg ljetnog perioda, adijabatsko je hlađenje pokazivalo da posjeduje čak i rezerve učinka, snage.
Tako su kod vanjskih temperatura od 38 stupnjeva, do korisnika dotjecale temperature zraka od 22 stupnja. Čak i kada se troškovi energije Pogona I i Pogona II ne mogu direktno uspoređivati, pokazalo se, da se povezanim rješenjima klimatizacije procesna toplina- hladnoća, mogu uštedjeti velike sume. Povećana cijena LUMI-koncepta amortizira se unutar samo nekoliko godina. Zbog toga se kod sadašnjih proširenja kod Q-ćelija ponovno moga upotrijebiti LUMI-sistem.
Izvor: www.masmedia.hr