Evaporativno ili adijabatsko hlađenje

Ako imate veliki prostor kojeg morate ohladiti (recimo nekoliko tisuća kvadratnih metara industrijskog prostora) onda ste u velikim problemima. Svaki stupanj temperature preko 25C umanjuje radnu učinkovitost osoblja za 3-7% pa onda osim gubitka u učinkovitosti imate i problema s učestalim pogrešakama. No da bi ohladili tako veliki prostor potrebni su vam ogromni klima uređaji koji koštaju stotine tisuća kuna. Dvije najčešće tehnike su hlađenje vode uređajem za hlađenje vode (chillerom) koji je tipično električni i koji potom hladnu vodu razvodi po instalaciji (a koja mora biti izolirana da se ne bi cijevi rosile). Problem ove tehnike je u tome što morate imati izoliranu instalaciju i puno, puno električne energije na raspolaganju pa ova tehnika iako kod nas vrlo popularna (i praktički jedina na tržištu) ima ozbiljnih problema s postojećim zgradama odnosno s vršnom snagom kod velikih potrošača gdje će vam penali na snagu biti vjerojatno veći od energije koju stvarno utrošite.

Druga varijanta je plinska klimatizacija, ona je pak daleko jeftinija u potrošnji energije ali je isto tako puno skuplja u nabavi, pa treba odvagnuti da li je u nekom razumnom roku jeftinije ipak krenuti na električne chillere ili na plinski sustav (primjerice, moj stav je da za sustave koji direktno ne donose novac, a klimatizacija je jedan takav sustav – treba koristiti načelo da se eventualna ušteda mora vratiti u roku od tri godine ili manje – ako ne opravdate kupovinu skupljeg sustava u tri godine onda u njega nemojte ni ići).

Amerikanci puno koriste plinsku klimatizaciju, no ono što oni također rade je da ne hlade vodu koju potom razvoze po objektu nego hlade zrak koji onda kanalima razvode okolo. Kanali za klimatizirani zrak također moraju biti izolirani kako se ne bi rosili, ali su donekle jeftiniji i lakše ih je za postavljati od cijele instalacije koja je potrebna za razvod vode.

Zajednička karakteristika oba sustava (u obje varijante razvoda energije) je u tome što koriste toplinsku pumpu u koju treba uložiti puno energije kako bi iz nje iscrpili silnu snagu hlađenja koja vam je potrebna.

Razmišljao sam puno o toj problematici i shvatio sam da jednostavno mora postojati jeftiniji način hlađenja, i doista postoje barem dva.

Prvi način je geotermalno hlađenje i grijanje. Princip je vrlo jednostavan, ako kopate u zemlju, temperatura zemlje na dva metra i dublje je konstantna tijekom cijele godine i možete taj medij koristiti kao neograničeno veliki hladnjak ili grijalicu. To znači da ako zakopate brdo cijevi kroz koje propuštate vodu i na jednom kraju zakvačite toplinsku pumpu onda možete grijati ili hladiti prostor po cijeni električne energije potrebne za tjeranje pumpe (dakle, za kikiriki). Geotermalno grijanje je kod nas nepoznati pojam i ne znam za konkretne primjere gdje se koristi.  Cijevi možete ili zakopati na neku dubinu i “obmotati” oko zgrade ili čak ispod temelja (dakle položiti cijevi vodoravno) ili pak možete iskopati malene bunare do recimo 30-40 metara dubine i vodu gurati do dna i potom natrag (tu ste još nešto malo učinkovitiji). Hladnu ili toplu vodu onda razvodite dalje kako vam drago.

Drugi sustav koji je u našim krajevima praktički nepoznat je evaporativno ili adijabatsko hlađenje prostora. Ovo je iznimno jednostavan sustav koji koristi temeljne zakone fizike da bi funkcionirao. Ukratko, zakoni termodinamike između ostaloga kažu da ako tekućina prelazi u plinovito stanje tada iz okoline preuzima (toplinsku) energiju. Ako to prevedemo na jezik evaporativnog hlađenja to bi značilo da ako fino raspršimo vodu u vrućem zraku onda će se ona pretvoriti u plinovito stanje i pritom ohladiti prostor. Razlog zbog kojeg idemo na more ili volimo prošetati oko jezera je dobrim dijelom upravo evaporativni efekt velike količine vode.

Ako uzmete primjerice sobni ventilator i na mjestu na kojem uzima zrak prostrete mokru krpu, struja zraka koja prelazi preko krpe će isušivati krpu i pritom smanjiti temperaturu zraka. Ako isti taj princip skalirate do ogromnih razmjera, tada ćete nabaviti evaporativni hladnjak koji ima membranu (najčešće kartonsku) preko koje prelijevate velike količine vode i ogromni ventilator koji će upuhivati zrak koji je prešao preko te membrane u prostor koji želite hladiti. Ovaj sustav je iznimno jednostavan jer sve što vam treba je kartonska membrana, malo plastičnih cijevi i veliki ventilator. Sustav koji sam ja ugradio u mojoj tvrtci ima rashladnu moć od 45kW (u idealnim uvjetima) i upuhuje preko 16.000m3 zraka na sat (dakle, jako, jako puno zraka); no ljepota cijele priče je da koristi vodu koja je vrlo jeftini energent i nešto malo struje koje je potrebno da pokrene pumpu za vodu i elektromotor koji pokreće ventilator (oko 1kW na sat) – i kao biser na kraju, nabavna cijena mu je oko 12.000kn netto. Probajte na bilo koji drugi način kreirati 45kW rashladne moći za toliko novaca, pa makar kupovali i polovne hladnjake :).

Problem adijabatskog hlađenja je što jako ovisi o vremenskim uvjetima. Ukratko, zrak kao medij može primiti samo određenu količinu vlage i to se zove relativna vlaga. Relativna je zato što na temperaturi od 0C 50% vlage nije niti blizu količini vlage koju možete “pospremiti” u zrak na 35C. Što je veći postotak vlage u zraku i/ili što je temperatura manja to je mogućnost hlađenja evaporativnim postupkom proporcionalno manja. Primjerice, danas je u Zagrebu 27C i relativna vlaga je 57% što znači da prostor možemo ohladiti za nekih 4-5 stupnjeva celzijusa, no kada bi temperatura bila kao jučer 32C i 50% vlage, onda bi mogli ohladiti za 7-8 stupnjeva. Učinkovitost adijabatskog hlađenja je maksimalna u pustinjskim predjelima gdje nema vlage u zraku, a najmanje je učinkovit na močvarnim lokacijama (ponekada se evaporativno hlađenje zove i swamp cooling).

Poanta cijele ove priče je da sam se doista dugo i jako trudio dok nisam pronašao adekvatni a jeftini sustav hlađenja mog prostora i da naši silni trgovci (32% svih pravnih osoba se bavi trgovinom u RH) nisu prepoznali načine kojima bi u vrlo kratkom roku mogli rashladiti velike količine prostora za vrlo malo novaca. Naravno, ovaj sustav nije primjeren lokacijama gdje uvjeti moraju biti vrlo dobro kontrolirani, no za velike industrijske prostore koji su nerijetko smješteni u velikim betonskim halama koji nisu ništa drugo nego ogromni radijatori ovo je više nego sjajno rješenje (naravno, dok ne padne kiša i dok vlaga u zraku ne naraste na 100% i evaporativni hladnjak jednostavno ne funkcionira).

Misao dana:
Nature provides a free lunch, but only if we control our appetites.