Wysokie temperatury występujące pod koniec czerwca ponownie zwróciły uwagę na pracę stacji skraplania w amoniakalnych instalacjach chłodniczych. W wielu zakładach produkcyjnych pojawił się ten sam scenariusz. Ciśnienie skraplania zaczęło rosnąć, wentylatory skraplaczy pracowały z pełną wydajnością, pompy obiegowe również. W efekcie pojawiły się pytania o stan techniczny urządzeń i ich wydajność.
W pierwszej kolejności sprawdzane są najczęściej dysze natryskowe, stan zabrudzenia, pompy oraz wentylatory. Jeżeli wszystkie elementy działają poprawnie, bardzo często pojawia się wniosek, że stacja skraplania jest za mała i wymaga rozbudowy. Na pierwszy rzut oka wydaje się to logiczne. Jeżeli ciśnienie skraplania rośnie, a wszystkie urządzenia pracują ze standardową wydajnością, to naturalnym wnioskiem jest niedobór mocy skraplaczy. Problem polega jednak na tym, że wzrost ciśnienia skraplania nie zawsze świadczy o braku mocy chłodniczej stacji.
W przypadku skraplaczy natryskowo-wyparnych podstawowym parametrem wpływającym na ich pracę jest temperatura termometru mokrego. To ona wyznacza granicę, poniżej której nie jesteśmy w stanie zejść z temperaturą skraplania. Producenci skraplaczy podają zwykle wartość korekcyjną wynoszącą około 8–10 K pomiędzy temperaturą termometru mokrego a osiągalną temperaturą skraplania.
Termodynamiki nie da się oszukać
Jeżeli więc temperatura termometru mokrego wraz z podejściem skraplacza przekracza zadaną temperaturę skraplania, regulator zaczyna walczyć z parametrem, którego osiągnięcie jest fizycznie niemożliwe. Nie ma znaczenia, czy uruchomimy kolejny wentylator, zwiększymy przepływ wody lub sprawdzimy po raz kolejny dysze.
Na poniższym wykresie przedstawiono temperaturę termometru mokrego powiększoną o współczynnik korekcyjny wynoszący 10 K oraz zadaną temperaturę skraplania na poziomie 28°C. Można zauważyć dwa charakterystyczne obszary. Pierwszy został zaznaczony kolorem jasnoczerwonym. Są to okresy, w których temperatura wynikająca z warunków atmosferycznych przekracza zadaną temperaturę skraplania. W takiej sytuacji wentylatory i pompy pracują z pełną wydajnością niezależnie od rzeczywistego obciążenia instalacji chłodniczej, co jest ewidentną stratą. Tym większą im bardziej jest przewymiarowana stacja skraplania.
Równie ciekawy jest jednak obszar zaznaczony kolorem ciemnoczerwonym (bordowym). To właśnie tutaj uwidacznia się również potencjał poprawy efektywności energetycznej. Warunki atmosferyczne pozwalają na pracę przy niższej temperaturze skraplania, ale sterownik utrzymuje niezmiennie wartość 28°C. W efekcie sprężarki pracują przy wyższym ciśnieniu tłoczenia niż jest to konieczne. Każdy, kto zajmuje się chłodnictwem, wie jak silnie zużycie energii elektrycznej przez sprężarki zależy od temperatury skraplania.
Najtańszym skraplaczem bardzo często okazuje się ten, którego nie trzeba kupować.
Naturalnym rozwiązaniem wydaje się więc zastosowanie dynamicznego setpointu temperatury skraplania. W takim układzie wartość zadana wyznaczana jest na podstawie aktualnych warunków atmosferycznych oraz ograniczeń wynikających z pracy instalacji. W praktyce oznacza to, że podczas upałów regulator akceptuje wyższą temperaturę skraplania, natomiast przez znaczną część roku automatycznie ją obniża.
Nie oznacza to jednak, że każda instalacja powinna natychmiast obniżyć ciśnienie skraplania. Należy przeanalizować wpływ takiej zmiany na odzyski ciepła, gospodarkę olejową, proces odtajania oraz zalecenia producentów sprężarek. Efektywność energetyczna nie polega na maksymalizacji pojedynczego parametru, lecz na znalezieniu optymalnego punktu pracy całej instalacji.
Z tego względu przed podjęciem decyzji o zakupie kolejnego skraplacza warto zadać sobie jedno pytanie. Czy rzeczywiście brakuje nam powierzchni wymiany ciepła, czy może próbujemy rozwiązać problem sterowania poprzez inwestycję w nowe urządzenie? W praktyce znacznie częściej spotyka się drugi przypadek.