Teorie o funkci chladicí věže

Nejdůležitějším mechanismem je latentní teplo vypařování.

• Teplá voda přicházející z průmyslového procesu je rozstřikována nebo stéká přes výplň věže - chladicí systém (tzv. zkrápěcí povrch).
• Zde se dostává do kontaktu se vzduchem, který je buď přirozeně, nebo nuceně (pomocí ventilátorů) hnán věží.
• Při kontaktu se vzduchem se velmi malé množství vody odpaří (změní skupenství z kapalného na plynné – vodní páru).
• Pro vypaření vody je potřeba obrovské množství energie (latentní teplo vypařování). Tato energie je odebrána zbývající vodě, což vede k jejímu ochlazení.

Poznámka: Ochlazení se děje primárně odpařováním (cca 80–90% tepla), zbytek tvoří přenos tepla konvekcí (rozdíl teplot vzduchu a vody) a kondukcí.

1. Vstup teplé vody: Teplá voda z kondenzátoru, chladiče nebo jiného zdroje vstupuje do horní části věže.
2. Distribuce: Voda je distribučním systémem (potrubí s tryskami) rovnoměrně rozstříknuta na chladicí výplň.
3. Kontakt se vzduchem (výměna tepla):
   • Chladicí výplň (lamely, mřížky) zajišťuje maximalizaci plochy styku vody a vzduchu, čímž prodlužuje čas styku a zvyšuje účinnost odpařování a chlazení.
   • Vzduch proudí buď proti proudu vody (protiproudé chladicí věže), nebo kolmo k proudu vody (křížoproudé chladicí věže).
4. Odvod ohřátého vzduchu: Teplý a vlhký vzduch (obsahující vodní páru z odpařování) je odváděn do atmosféry, obvykle komínem nebo ventilátorem.
5. Sběr a recirkulace ochlazené vody: Ochlazená voda klesá dolů do sběrné nádrže (vany), odkud je čerpadly vedena zpět do průmyslového zařízení k dalšímu chlazení.
6. Doplňování vody (Make-up): Jelikož se část vody odpaří, musí se tato ztráta doplňovat čerstvou vodou (tzv. doplňková voda nebo make-up), aby byla zachována konstantní úroveň vody v okruhu.

Chladicí věže se dělí podle způsobu zajištění proudění vzduchu:

• 1. Mechanické chladicí věže (nucený tah)
  • Používají ventilátory k zajištění konstantního průtoku vzduchu.
  • Rozlišujeme dva druhy věží: protiproudé a křížoproudé
• 2. Chladicí věže s přirozeným tahem (přirozený tah)
  • Využívají komínový efekt (rozdíl hustoty teplého a studeného vzduchu).
  • Mají charakteristický, vysoký, hyperbolický tvar (velké betonové věže u elektráren), který napomáhá tvorbě tahu.
  • Nepotřebují ventilátory.

• Umožňují ochlazení vody až téměř na teplotu mokrého teploměru okolního vzduchu (teplota, kterou lze dosáhnout odpařováním).
• Jsou nezbytné pro efektivní provoz velkých průmyslových a energetických zařízení.

Chladicí okruh je systém potrubí, čerpadel a výměníků tepla, který slouží k odvádění odpadního tepla z průmyslového zařízení (např. kondenzátoru, reaktoru, stroje) a jeho následnému odevzdání do okolního prostředí (obvykle pomocí vzduchu nebo většího vodního zdroje).

Bez správně fungujícího chladicího okruhu by většina technologických procesů a elektráren nemohla efektivně pracovat.

Chladicí okruhy se dělí podle toho, zda je chladicí médium (voda) v kontaktu s okolní atmosférou:

A. Otevřený chladicí okruh (S odparem)

• Charakteristika: Voda je čerpána okruhem a teplo je odváděno především pomocí otevřené odpařovací chladicí věže. Voda v okruhu je v přímém kontaktu s atmosférou.
• Princip: Teplá voda je rozstřikována ve věži, kde se část odpaří, čímž ochladí zbytek vody.
• Provozní nároky: Neustálá potřeba doplňování vody (make-up) kvůli ztrátám odparem a potřebě odluhu (blowdown), aby se zabránilo hromadění minerálních solí. Vysoké riziko biologického znečištění (řasy, bakterie, Legionella).

B. Uzavřený chladicí okruh (Bez odparu)

• Charakteristika: Chladicí médium (obvykle voda nebo směs vody a glykolu) cirkuluje v uzavřeném systému a není v přímém kontaktu s okolním vzduchem.
• Princip: Teplo je odváděno pomocí výměníku tepla, kde chladicí médium předává teplo jinému médiu (vzduch nebo sekundární otevřený okruh).
• Provozní nároky: Ztráty vody jsou minimální. Okruh je dražší na instalaci, ale má nižší spotřebu vody a nižší riziko koroze a biologického znečištění, protože voda se nemusí neustále doplňovat a je ošetřena inhibitory.

C. Průtočný okruh

• Charakteristika: Voda je odebrána z velkého zdroje (řeka, jezero, moře), jednou použita k chlazení a ohřátá vrácena zpět do zdroje.
• Provozní nároky: Minimální, ale velmi závislý na dostupnosti a teplotě zdroje, často ekologicky regulován (limit teploty vypouštěné vody).

Kvalita vody je kritická pro dlouhodobý a efektivní provoz chladicích okruhů. Zanedbání úpravy vede k těmto problémům:

• Korozní problémy: Reakce vody s kovovými součástmi vede k poškození potrubí a výměníků.
• Tvorba úsad (vodní kámen): Zejména v otevřených okruzích, kde se voda odpařuje a koncentruje minerální soli (hlavně uhličitan vápenatý). Úsady tvoří izolační vrstvu, která snižuje účinnost přenosu tepla a zvyšuje spotřebu energie.
• Biologické znečištění (Biofilm): Tvorba slizkých povlaků mikroorganismů (řasy, bakterie), které způsobují korozi pod povlakem a ucpávají potrubí.

Hlavní metody úpravy vody:

• Inhibitory koroze: Chemické látky, které vytvářejí ochrannou vrstvu na kovovém povrchu.
• Stabilizátory tvrdosti (Dispergátory): Látky, které udržují minerální soli rozptýlené v kapalině, čímž brání tvorbě úsad.
• Biocidy: Chemické látky používané k hubení mikroorganismů a zamezení tvorby biofilmu.

Vedle cirkulace vody se pojem "chladicí okruh" používá i pro uzavřený okruh chladiva v chladicích jednotkách (chillery, klimatizace, ledničky).

• Princip: Využívá se změna skupenství chladiva (obvykle freony, čpavek) pro přenos tepla. Chladivo odebírá teplo ve výparníku (kde se vypařuje) a odevzdává ho v kondenzátoru (kde kondenzuje) za pomocí kompresoru.
• Teplonosné médium: V těchto systémech se často používá glykolová směs (nemrznoucí kapalina) jako sekundární médium pro rozvod chladu k odběrným místům, aby se zabránilo zamrznutí vody.