Racirea halelor industriale – o analiza comparativa a solutiilor tehnice pe care le putem aborda

In acest articol nu vom vorbi de asigurarea unei temperaturi de proces intr-o hala, adica de solutii de racire indreptate spre mentinerea unei temperaturi specifice pentru buna functionare a unui proces tehnologic. 

Vom vorbi insa despre solutii de racire pentru atingerea confortului termic pentru cei care isi desfasoara zilnic activitatea in spatiile industriale si anume oamenii, pentru ca din pacate, ei au devenit una din resursele din ce in ce mai greu de gasit.

Pentru ca stresul termic provocat de temperaturile ridicate din spatiile de productie pune in pericol sanatatea lucratorilor si afecteaza serios productivitatea muncii, putand fi o cauza a cresterii numarului de imbolnaviri sau a accidentelor de munca.

Asa cum afirmam in articolele anterioare, racirea unei hale industriale in vederea asigurarii unei temperaturi de lucru confortabile poate fi o adevarata provocare pentru orice proiectant de instalatii, pentru ca halele industriale au cateva particularitati specifice.

Sunt spatii de dimensiuni mari, cu volume de aer la fel de mari, cu pierderi semnificative de caldura prin pereti si acoperisuri, cu aporturi de caldura de la utilajele folosite in activitatea de productie, cu efect de sera produs de luminatoare, cu pierderi/aporturi de caldura prin usile de acces de dimensiuni mari, cu stratificare termica pe verticala datorate inaltimilor mari, s.a.m.d.

Sa completam tabloul particularitatilor cu dinamica cu care se pot schimba layout-urile halelor, cand se adauga linii noi de productie sau utilaje noi care nu au fost luate in calcul in faza initiala.

Multa vreme, una din solutiile tehnice abordate a fost ventilarea naturala sau mecanica, adica evacuarea aerului cald din hala catre exterior si inlocuirea lui cu aer proaspat, considerat mai rece.

Din nefericire, cresterea ingrijoratoare a temperaturilor de vara din ultimii precum si tendinta de crestere a acestora in urmatorii ani, fac ca simpla ventilare naturala sau mecanica, in scopul racirii, sa se dovedeasca a fi complet ineficienta sau chiar inutila.

In consecinta, vom lua in considerare in analiza noastra doar solutii care sunt capabile sa produca aer racit si vom vorbi despre doua solutii fundamental diferite, evidentiindu-le avantajele si dezavantajele.

1. Instalatii de racire cu ciclu frigorific.

Cele mai cunoscute si folosite instalatii de racire sunt, evident, cele bazate pe procesele termodinamice prin care trec agentii frigorifici la comprimarea mecanica.

Suna pretentios, nu-i asa?

Mai simplu, sunt instalatii frigorifice care contin compresor si folosesc freon.

Le vom numi si instalatii conventionale, pentru ca in mod conventional, sunt cele care primeaza atat in alegerile proiectantilor de instalatii cat si in viziunea furnizorilor de solutii de climatizare.

In linii mari, enumeram aici instalatii de climatizare care au in componenta chillere, rooftop-uri sau centrale de tratare a aerului.

Toate sunt instalatii complexe, care necesita inca din faza de proiectare un plan riguros pentru atingerea rezultatului scontat. Proiectarea unei astfel de instalatii pleaca de la un calcul cat mai exact al sarcinii termice a cladirii, in cazul nostru al halei. Cu alte cuvinte, trebuie determinate cat mai precis aporturile si pierderile de caldura pentru a putea obtine puterea frigorifica necesara a instalatiei frigorifice.

Daca luam in considerare particularitatile generale ale halelor, despre care am vorbit mai sus, vom intelege de ce este atat de primordial un astfel de calcul si de ce din motive de siguranta se va opta de cele mai multe ori pentru o supradimensionare a instalatiei inca din faza de proiectare.

Dupa o proiectare corecta si un montaj la fel de corect, se va obtine  o instalatie de climatizare cu un nivel tehnic avansat si care isi va indeplini cu succes sarcina.

Indubitabil, este singura varianta de instalatie care ar putea garanta obtinerea unui rezultat cert, adica aceea de a furniza temperatura solicitata fara a fi prea mult influentata de conditiile din mediul exterior.

Totusi, cand vine vorba de adaptabilitatea acestei solutii in cazul spatiilor de dimensiuni mari si cu caracteristici specifice halelor industriale, aceasta varianta vine cu cateva dezavantaje:

• Necesar de putere frigorifica mare, deci inevitabil pret si mai ales consum energetic la fel de mare;
• Odata proiectata pentru o sarcina termica, nu mai poate fi adaptata pentru cerinte noi (de obicei mai mari).
• Functioneaza doar in spatii inchise si cat mai bine izolate.
• Functioneaza in recirculare, exceptie facand centralele de tratare a aerului si rooftop-urile care pot fi proiectate sa lucreze si cu aer proaspat. Aportul de aer proaspat inseamna insa o sarcina termica suplimentara si deci o capacitate frigorifica si mai mare a instalatiei.
• Instalarea este complicata iar daca nu este realizata in faza de constructie a halei, o instalare ulterioara poate presupune oprirea procesului de productie.
• Eficienta descreste cand temperaturile exterioare cresc. La fel si consumurile energetice, care vor fi si mai ridicate.
• Necesita mentenanta si interventii de service specializate, in general costisitoare.

2. Instalatii de racire bazate pe caldura latenta de evaporare a apei

Desi este o metoda folosita pe scara larga la nivel mondial, in mod paradoxal, acestei tehnici simple si eficiente de racire nu ii este acordata atat de multa atentie in cadrul universitatilor noastre de instalatii.

Din acest motiv, aceasta solutie nu se va regasi prea des nici in propunerile proiectantilor de instalatii din Romania.

De pilda, in 2008, la o conferinta legata de racirea adiabatica a aerului, un profesor renumit de la Facultatea de Inginerie a Instalatiilor din Bucuresti si-a inceput prelegerea spunand ca, citez, ii este rusine ca nu s-au gandit pana acum la o solutie atat de simpla.

Apa este unul dintre cei mai vechi agenți frigorifici cunoscuți (R-718) si a fost utilizată ca agent de răcire de mii de ani. Este sigură pentru mediu, netoxică, neinflamabilă, neexplozivă, disponibilă aproape oriunde și foarte ieftină. În plus, apa are o căldură latentă de evaporare foarte mare (aproximativ 1940 Btu pe kilogram) la presiunea atmosferică normala. Fiecare kilogram de apă vaporizată, va absorbi 1940 Btu de energie termică din aerul ambiental!

Racirea evaporativa se bazeaza pe principiul natural de evaporare al apei, un proces adiabatic care se realizeaza cu preluare de caldura latenta de la aer. Cu alte cuvinte, evaporarea apei face ca aerul sa se raceasca brusc.

Procesul de evaporare este realizat in mod controlat intr-un echipament special conceput, care se instaleaza de obicei pe acoperisul cladirii. Unitatile preiau aer proaspat din exterior, il racesc si il livreaza in interior printr-un sistem de tubulaturi. Racirea se produce cu aer proaspat 100% si cu consumuri energetice extraordinar de mici.

Capacitatea de racire este direct legata de cantitatea de apa care poate fi evaporata in aerul ce strabate echipamentul. Cu cat aerul exterior este mai uscat, cu atat mai multa apa poate fi evaporata. Cum evaporarea se produce preluand caldura din aer, acesta se va raci mai mult. 

Aceasta idee simpla si inovativa, racirea adiabatica a aerului folosind energia de evaporare a apei, a fost dezvoltata si dusa aproape de perfectiune intr-un echipament Breezair.

De altfel, tehnologia este prezentata la cele mai importante congrese internationale de HVAC (Heating, Ventilation & Air Conditioning) unde, in fiecare an, primeste recunoasterea de a fi cea mai “eco-friendly and energy reduction” tehnologie de racire a aerului.

Datorita tendintei de crestere a temperaturilor exterioare, fenomenul a luat amploare in ultimii ani atat de mult la nivel mondial, incat exista nenumarate exemple de industrii care au imbratisat tehnologia “eco- cooling”, renuntand la instalatiile conventionale cu freon (chillere, rooftop-uri, etc). Pana si giganti ai internetului precum Google si Facebook au implementat racirea evaporativa, directa sau indirecta, in uriasele lor centre de date.

Din aceleasi ratiuni legate eficienta si costurile de exploatare.

Spuneam mai devreme ca, cu cat aerul exterior este mai uscat, cu atat Breezair va produce aer mai rece si invers, cu cat aerul exterior este mai umed, cu atat Breezair va raci mai putin.

Aceasta ar fi singura limitare pe care o poate avea aceasta solutie de racire. Nu va putea raci aerul foarte mult daca afara umiditatea este ridicata. Umiditatea relativa maxima la care Breezair poate produce racire semnificativa este de 75%.

Din fericire, clima din tara noastra este una temperata, umiditatile relative inscriindu-se in parametri considerati normali, adica intre 30 si 45 grade. La aceasta umiditate exterioara, racirea produsa de Breezair este exceptionala.

Perioadele in care am putea avea umiditate exterioara ridicata pot fi de obicei in zilele ploioase (cand temperaturile sunt oricum mult mai scazute, si Breezair va intra in free-cooling, “racind” spatiile doar prin aportul aerului mai rece de afara) sau imediat dupa o ploaie de vara, cand soarele puternic poate produce evaporari masive.

Indiferent de situatie, momentele in care Breezair nu va putea produce “racire suficienta” sunt foarte rare (de obicei de ordinul orelor).

Luand in calcul avantajele majore ale sistemului de racire Breezair si anume consumul energetic extrem de scazut si faptul ca racirea se produce cu aer proaspat 100%, aceasta “neputinta” de a raci aerul cateva ore pe vara, daca umiditatea exterioara este de peste 80%, este un amanunt pe care beneficiarii nostri l-au considerat intotdeauna insignifiant.

Pana la urma, un climat confortabil de lucru intr-o hala industriala nu presupune valori de temperatura de precizie chirurgicala.

Desi solutii fundamental diferite, in competitia cu instalatiile conventionale, Breezair este fara indoiala un concurent economic, eficient si intelligent, care vine cu urmatoarele avantaje:

1. Consumuri energetice scazute – Breezair consuma cu pana la 80% mai putina energie decat o instalatie conventionala cu compresor si freon. De fapt, neavand compresor care sa consume energie, costurile sunt similare cu cele ale ventilatiei obisnuite.

2. Imbunatateste calitatea aerului – raceste si livreaza in hala aer proaspat 100%. Aerul este filtrat la trecerea prin apa (comparabil cu eficienta unui filtru G4).

3. Functioneaza eficient si in spatii deschise. Usile de acces ale halelor pot ramane deschise fara sa afecteze eficienta de racire a sistemului.

3. Este usor de instalat, cu costuri reduse. Instalarea se poate face fara oprirea activitatii.

4. Este modular. Un sistem de racire este format dintr-un numar de unitati Breezair care functioneaza impreuna. Cresterea capacitatii de racire se poate face foarte usor, prin aditionarea de noi unitati de racire.

5. Poate functiona in varianta “spot cooling” (racire zonala). Se pot raci doar anumite zone dintr-o hala, pozitionand unitatile in asa fel incat sa deserveasca cu aer rece doar zona dorita, fara pierdere de eficienta.

6. Este usor de intretinut. Mentenanta specifica unitatilor Breezair se face de doua ori pe an, la intrare si iesire din sezon, cu costuri mici.

7. Are durata de viata ridicata, fiind construite solid si din materiale de foarte buna calitate. Carcasa exterioara este rezistenta la conditii de mediu extreme si este garantata 25 de ani.

WEST AIR GRUP este integrator si importator unic in Romania pentru Breezair. Mai multe detalii si studii de caz gasiti pe www.racire-industriala.ro