Basisprincipe van de adiabatische koeler
Adiabatische koeling is gebaseerd op het natuurlijke vermogen van water om warmte uit de omgevingslucht te absorberen en te verdampen. Adiabatische koelsystemen bootsen dit natuurlijke fenomeen na en optimaliseren de efficiëntie ervan met behulp van geschikte technologieën.
Het principe van de adiabatische koeler is gebaseerd op een continue stroom van warme lucht over een constant vochtig oppervlak. Dit maximaliseert het contact tussen de warme lucht en het koude water, wat de warmteoverdracht van de lucht naar het water bevordert. Het systeem versnelt de verdamping van het water en optimaliseert de onttrekking van warmte aan de lucht, waardoor de koelingsefficiëntie van de luchtstroom toeneemt.
De verdamping van water bevochtigt de lucht op moleculair niveau. De verdampte watermoleculen zijn onzichtbaar en gedragen zich als gasmoleculen. Bijgevolg genereert adiabatische koeling geen mist, wat een mengsel is van lucht en waterdruppels (elke druppel bevat miljarden watermoleculen). In termen van fysieke werking verschilt de adiabatische koeler van een nevelkoelsysteem.
De gekoelde luchtstroom, verrijkt met vocht, circuleert door de hele te koelen ruimte voordat deze het gebouw verlaat. Het principe van adiabatische koeling is gebaseerd op een open systeem, met constante luchtverversing. Voor een optimale werking heeft een adiabatische koeler open deuren nodig en moet ongeveer 80% van de aangevoerde lucht worden afgevoerd.
Configuratie en werking van de adiabatische koeler
De adiabatische koeler reproduceert en versterkt het natuurlijke verdampingsfenomeen door het contact tussen een luchtstroom en een waterstroom door een verdampingsmedium te optimaliseren.
Luchtstroom in de adiabatische koeler
Een ventilator zorgt voor een constante stroom van warme lucht, die deenergie levertdie nodig is om het water te verdampen. Hij zuigt buitenlucht aan, die eerst door een filtermedium gaat voordat hij de koeler binnengaat.
De ventilator leidt de stroom warme lucht door de met water verzadigde wand van het verdampingsmedium, waardoor het water in de warme lucht verdampt. De behandelde lucht wordt vervolgens gekoeld en bevochtigd. Met een begintemperatuur tussen 25°C en 40°C en een relatieve vochtigheid van 30 tot 50%, ondergaat de lucht een temperatuurdaling tussen 5°C en 11°C. Hoe droger en warmer de lucht, hoe groter de temperatuurdaling. Op het Franse vasteland bedraagt de gemiddelde daling ongeveer 7°C.
In ruil voor de koeling heeft de uitgaande lucht waterdamp opgenomen. De toename van de relatieve vochtigheid in de lucht in de te koelen ruimte is afhankelijk van zowel de externe klimaatomstandigheden (temperatuur en vochtigheid) als de doeltemperatuur van het te koelen volume.
De ventilator stuwt de gekoelde lucht in de ruimte die geklimatiseerd moet worden. Deze luchtstroom gaat in 3 tot 5 minuten door het hele volume en verwijdert de warmte uit de ruimte. Daarna wordt de lucht door de openingen of via het ventilatiesysteem van het gebouw afgevoerd. De lucht wordt 10 tot 20 keer per uur ververst.
De verspreiding van gekoelde lucht door deze eenvoudigweg door de te koelen ruimte te verplaatsen is het meest basale systeem, kenmerkend voor mobiele verdampingskoelers. Adiabatische koelers op het dak of aan de muur kunnen meer geavanceerde diffusiesystemen hebben, zoals 2-, 3- of 6-voudige toevoerplenums, toevoerroosters of textielkanalen.
Waterstroming in de adiabatische koeler
Een pomp zuigt water aan uit het reservoir onderaan de adiabatische koeler en genereert een gereguleerde stroom koud water die continu over de bovenkant van het verdampingsmedium wordt gesproeid. Een verdeelsysteem verdeelt deze stroom gelijkmatig over het hele oppervlak van de bovenkant van de verdampingskoeler. Het water stroomt vervolgens door de zwaartekracht door de buizen in het medium en impregneert de wanden. Het niet-verdampte water, dat zich op de bodem van het medium verzamelt, keert terug naar de tank.
Met uitzondering van verdamping verbruikt de adiabatische koeler geen water. Het apparaat wordt afgevoerd naar het afvalwatersysteem.
Warmteoverdracht door verdamping
De natte wand van het verdampingsmedium is waar de warmte-uitwisseling tussen de lucht en het water plaatsvindt. De verdampingswisselaar plaatst de waterstroom loodrecht op de stroom hete lucht om hun kruising te optimaliseren. Het contact tussen de lucht en het water maakt de warmteoverdracht mogelijk die nodig is om bepaalde watermoleculen van een vloeistof in een gas te veranderen.
De honingraat- en meerlagenstructuur van het verdampingspaneel :
- Wijziging van de verticale circulatie van water, waardoor het gemakkelijker wordt geabsorbeerd door de wanden van het verdampingsmedium. De verzadigingscoëfficiënt meet deze absorptiecapaciteit van het medium.
- Wijziging van de horizontale richting van de luchtstroom door de media.
- Vergroting van het specifieke oppervlak van de wanden van het verdampingspaneel, waardoor het contactoppervlak tussen lucht en water toeneemt.
Op deze manier optimaliseert de structuur het mengen en het contact tussen lucht en water, waardoor verdamping wordt bevorderd en de warmteoverdracht van de lucht naar het water toeneemt.
De dimensionering van het bioklimatologische koelsysteem
Het ontwerp van adiabatische koeling houdt rekening met de klimatologische kenmerken van de locatie in de zomer, zoals de temperatuur en relatieve vochtigheid van de buitenlucht, de oriëntatie van het gebouw, de warmtestromen die worden gegenereerd door de constructie en de activiteiten, de ventilatieomstandigheden van het te koelen volume, de gewenste luchtverversingssnelheid en de beoogde omgevingsomstandigheden.
Hieruit kunnen we afleiden :
- de kenmerken vande koeler(en in het bijzonder, in het geval van op het dak gemonteerde koelers, de hoogte van het plenum),
- het aantal koelers (vooral bij het koelen van grote volumes).
Conclusie: eenvoudige bediening en een hardwareconfiguratie die geschikt is voor bioklimatologische dimensionering
Het principe van adiabatische koeling is eenvoudig: zorg voor een optimaal contact tussen lucht en water om de verdamping te maximaliseren en de temperatuur te verlagen. De configuratie van een koeler is ook eenvoudig en bestaat uit een filter en ventilator voor de luchtcyclus, een tank en pomp voor de watercyclus en een warmtedrager voor de koeling. De grootte van de koeler wordt bepaald door de klimatologische omstandigheden ter plaatse, om het gewenste binnenklimaat te bereiken.