Skraplacze w Uzdatnianiu Wody: Zasada Działania i Korzyści

Szczegóły: Opublikowano: 04. March 2026

W praktyce chłodniczej spotykamy się ze skraplaczami powietrznymi, wodnymi i natryskowo-wyparnymi. Skraplacze wodne można podzielić na dwie kategorie: z otwartym obiegiem wody chłodzącej i z zamkniętym obiegiem wody chłodzącej. W skraplaczach z otwartym obiegiem wody chłodzącej woda pobierana jest z sieci wodociągowej (bardzo drogie i obecnie bardzo rzadkie rozwiązanie) lub z otwartego zbiornika wodnego.

Średnia temperatura skraplania czynnika w skraplaczu wodnym jest zależna od temperatury wody wpływającej do skraplacza i jej masowego natężenia przepływu, które jest stałe dla danego typu skraplacza. Z reguły projektant skraplacza stara się utrzymać temperaturę wody chłodzonej na jak najniższym, możliwym z praktycznego punktu widzenia, poziomie. Wynika to z faktu, że im niższa temperatura skraplania czynnika, tym niższe ciśnienie tłoczenia, niższy pobór mocy przez sprężarkę i wyższa sprawność układu chłodniczego.

Ważnym zagadnieniem jest ilość wody krążącej w skraplaczu (masowe natężenie przepływu wody przez skraplacz), które nie powinno być niższe niż 0,7 m3/godz. na każde 3500 W wydajności skraplacza. Wartość ta jest najlepszą wielkością z ekonomicznego punktu widzenia i bilansuje energię niezbędną do napędu pompy wodnej oraz sprężarki chłodniczej.

Należy pamiętać, że zbyt duże masowe natężenie przepływu wody przez skraplacz powoduje wzrost szybkości przepływu wody, która prowadzi do erozji rur skraplacza, szczególnie w miejscach zmiany kierunku przepływu wody.

Zadaniem projektanta instalacji chłodniczej oraz obsługi jest utrzymanie zużycia energii elektrycznej przez sprężarki, skraplacze wodne i skraplacze wyparne na możliwie najniższym poziomie. Prowadzi to bezpośrednio do wniosku, że musimy utrzymać jak najniższą temperaturę skraplania czynnika chłodniczego, bez doprowadzenia do problemów związanych z ruchem instalacji chłodniczej.

Przeczytaj także: Suzuki Swift MK6: Wymiana skraplacza i osuszacza krok po kroku

A więc powinniśmy:

utrzymać jak najczystszą powierzchnię wymiany ciepła poprzez właściwe przygotowanie wody chłodzącej skraplacz i utrzymanie jej parametrów na właściwym poziomie,
stosować kontrolę wydajności wież chłodniczych, co pozwoli na obniżenie zużycia energii przez wentylatory, wymuszające ruch powietrza,
dobrać skraplacz i wieżę chłodniczą o wystarczająco dużej powierzchni wymiany ciepła, aby zapewnić wymagane dochłodzenie czynnika chłodniczego na wypływie ze skraplacza,
zabezpieczyć skraplacz przed gromadzeniem się nieskraplających się gazów (np.

Najważniejszym jednak elementem utrzymania wysokiej sprawności energetycznej skraplacza oraz wieży chłodniczej jest właściwe i staranne przygotowanie wody chłodzącej skraplacz.

Jonizacyjne Uzdatnianie Wody

W tym momencie powinniśmy zadać sobie pytanie, czy istnieją inne niż chemiczne metody uzdatnia wody, które nie miałyby zgubnego wpływu na środowisko naturalne, nie były rakotwórcze, niszczyły szkodliwe bakterie (Legionella), usuwały osadzony kamień i zapobiegały przed jego osadzaniem się na rurach skraplacza oraz wieży chłodniczej.

W latach 60. Amerykańska Agencja Lotów Kosmicznych (NASA) rozpoczęła prace nad wprowadzeniem jonizacji wody i jej odpadów dla statku kosmicznego Apollo. Wynikiem tych prac było opracowanie, wyprodukowanie i zastosowanie w lotach kosmicznych jonizatorów do uzdatniania wody. Pozytywne wyniki zastosowania jonizatorów wody w lotach kosmicznych zachęciły placówki naukowo badawcze i laboratoria do dalszych prac badawczych nad jonizacją wody, który to proces po raz pierwszy został z sukcesem zastosowany w instalacji chłodniczej na początku lat 90.

Okazało się, że użycie na jonizator płytek wykonanych z miedzi, srebra lub stopu miedzi i srebra, daje najlepsze efekty. Warto nadmienić, że jedną z dużych zalet jonizacji miedzią, jest to, ze jony miedzi są bardzo stabilne i charakteryzuje je długa żywotność w wodzie. Długa żywotność jonów miedzi w wodzie zapewnia całkowite nasycenie systemu wodnego (w naszym przypadku, systemu wodnego chłodzenia skraplaczy) jonami miedzi.

Przeczytaj także: Jak Działa Skraplacz Osuszacz w Klimatyzacji?

Jonizacja miedzią powoduje całkowite zniszczenie organizmów żywych, takich jak: algi, bakterie, wirusy i pierwotniaki, poprzez niszczenie zewnętrznej ścianki komórek.

W czasie procesu jonizacji wody, poza jonami miedzi lub srebra tworzą się jony wodoru. Jony wodoru usuwają kamień kotłowy drogą niskiego poziomu elektrolizy.

Omawiany poniżej system jonizacji wody posiada certyfikaty niezależnych Agencji i Labolatoriów. Pozwolę sobie przytoczyć tylko kilka z nich: NASA, EPA, M&G Instrumentation Service, Analitycal Environmental Service International, University of Pittsburg. Wszystkie te instytucje są zlokalizowane w USA.

Jak wcześniej wspomniałem, między płytkami jonizatora przepływa niskonapięciowy prąd, wytwarzający jony miedzi i wodoru, które są bardzo stabilne w wodzie, zapewniając układowi jego całkowite nasycenie jonami.

Generalnie, osad na rurach skraplacza jest pochodzenia mineralnego, głównie węglanu wapniowego (CaCO3) i magnezu (Mg). Osad może również zawierać związki pochodzenia nieorganicznego, takie jak krzemionka i dwutlenki krzemu, jak również pochodzenia organicznego, takie jak: algi, bakterie i wirusy.

Przeczytaj także: Jak wymienić osuszacz klimatyzacji w Volvo V70 (96)?

Przedstawiony na rysunku 5. jonizator produkuje jony wodoru (H+), które wiążą się chemicznie z węglanem wapnia (CaCO3), tworząc węglan wapniowy (CaHCO3), który jest rozpuszczalny w wodzie. Węglan wapniowy ponownie reaguje z jonem wodoru: CaHCa3 + H+ → Ca2 + HCO3. Związki te osiadają na dnie wanny wieży chłodniczej. Jest to wynikiem reakcji jonów wodoru z kamieniem osadzonym na rurach skraplacza wodnego.

Reakcja ta całkowicie oczyszcza rury skraplacza z osadzonego na nich kamienia. Działanie jonów miedzi ma nieco inny przebieg. Jony miedzi (jak i srebra) niszczą głównie organizmy żywe. Pozytywne działanie jonów miedzi/srebra jest szczególnie wyraźnie widoczne w wieży chłodniczej.

Na rysunku 7. przedstawiona jest wieża chłodnicza przed zainstalowaniem jonizatora. Wyraźnie widać różnego rodzaju narosty, szczególnie algi, glony i narosły kamień. Natomiast na rysunku 8. przedstawiona jest ta sama wieża chłodnicza po 5 tygodniach pracy jonizatora. Widać na nim, jaki wpływ na organizmy żywe i kamień ma połączone działanie jonów wodoru i miedzi.

Bazując na pomiarach i obserwacjach skraplaczy wodnych i wież chłodniczych, można stwierdzić, że średnio już po 4 tygodniach są widoczne zmiany w układzie wodnym skraplaczy. Po 8 tygodniach pracy jonizatora skraplacze oraz wieże chłodnicze są całkowicie pozbawione wszelkiego rodzaju niepożądanych „narostów” na rurach skraplacza i powierzchniach wież chłodniczych.

Zalecane jest usuwanie zanieczyszczeń, które gromadzą się w wannach wież chłodniczych po pierwszych 8 tygodniach pracy jonizatora. Po tym czasie, w około 80 proc. przypadków, skraplacze wodne i wieże chłodnicze odzyskują pełną sprawność cieplną.

Wymienniki Ciepła i Wymiana Ciepła

Nagrzewnice, chłodnice, skraplacze, parowniki i inne aparaty, w których zachodzi przekazywanie ciepła w wyniku przepływu dwóch mas o różnych temperaturach nazywa się wymiennikami ciepła. Wymienniki, które wymieniają ciepło przez przegrodę nazywane są rekuperatorami.

W zależności od wzajemnego położenia kierunków przepływu płynów wymieniających ciepło wymienniki dzielą się na współprądowe, przeciwprądowe, krzyżowe.

Konstrukcje wymienników ciepła są bardzo zróżnicowane. W instalacjach chłodniczych stosowane są m. in. wymienniki:

płaszczowo - rurowe, składające się z trzech elementów zasadniczych, a mianowicie: obudowy zewnętrznej tzw. płaszcza, pęków rur w kształcie litery U lub rur prostych, króćców lub komór wlotowych i wylotowych;
płytowe, składające się z szeregu płyt tworzących system wąskich szczelin i zwartą konstrukcję. Płyty oddzielone są od siebie uszczelnieniem;
wężownicowe i spiralne;
wieże wyparne i wentylatorowe chłodnie wieżowe (nazywane również mikroszczelinowymi chłodniami wentylatorowymi).

Każdy wymiennik ciepła charakteryzuje się określoną mocą, czyli zdolnością przekazywania ciepła w czasie (strumienia ciepła). Przenikanie ciepła przez ściankę składa się z przejmowania ciepła przez płyn lub od płynu przez przegrodę stałą oraz z przewodzenia ciepła przez tę przegrodę.

Jeżeli ścianka płaska jednowarstwowa zostaje pokryta warstwą osadu, to wówczas zwiększa się jej opór cieplny przewodzenia, natomiast ścianka staje się ścianką dwuwarstwową. Każdą z warstw charakteryzuje inny współczynnik przewodzenia ciepła oraz grubość ścianki.

W przypadku osadów tworzących się na powierzchni ścianki wymiennika ich grubość może być bardzo różna. Z tego powodu w wymiennikach ciepła stosowane są rury cienkościenne, a występujące osady mają bardzo duże znaczenie, gdyż w znaczący sposób zwiększają opory cieplne przewodzenia.

Ogólną zasadą w sprawnym działaniu wymienników ciepła jest zwalczanie przede wszystkim największego oporu cieplnego.

W literaturze typowe wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m·K)] zawierają się w granicach: 0,6 ÷ 2,6 dla kamienia kotłowego gipsowego, 0,15 ÷ 1,83 dla kamienia kotłowego wapniowego, 0,08 ÷ 0,27 dla kamienia kotłowego krzemionkowego.

Dla porównania wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla metali wg [2, 5] wynoszą: aluminium 247 [W/(m·K)], miedź 483 [W/(m·K)], nikiel 158 [W/(m·K)], srebro 450 [W/(m·K)].

Obecnie nadal trwają badania nad oporami cieplnymi osadów. Jak więc można zauważyć w rzeczywistych warunkach działania urządzenia konieczna jest znajomość składu chemicznego substancji omywającej wymiennik i jej stężenia po to, aby móc odpowiednio przeciwdziałać powstawaniu osadów.

W warunkach eksploatacyjnych substancje osadotwórcze nie występują na ogół pojedynczo, zatem trudno jest określić dokładną wartość współczynnika przewodzenia ciepła.

Równie trudne jest ustalenie grubości warstwy osadu, jak i nierównomierności jego rozkładu na powierzchni wymiany ciepła. Wpływ na to może mieć wiele czynników, m.in. sama konstrukcja wymiennika, kształt powierzchni wymiany ciepła, powłoka ochronna, materiał z którego wykonany jest wymiennik, prędkość przepływu płynu i jego ewentualne zawirowania oraz zmiany temperatury.

Wpływ Występowania Osadów na Działanie Wymiennika Ciepła

Problemy eksploatacyjne w wymiennikach ciepła stwarzają nie tylko zanieczyszczenia w postaci osadów mineralnych, ale również w postaci osadów biologicznych. Zarówno jedne i drugie osady przyczyniają się do wzrostu oporów przepływu płynu, prowadzą do zatykania się rur i powierzchni przepływu płynu, zmniejszają skuteczność wymiany ciepła.

W skrajnych przypadkach powodują całkowite zatkanie się powierzchni przepływu płynu. Ponadto, w zależności od rodzaju substancji istnieje również ryzyko przyspieszonej degradacji materiału konstrukcyjnego, w tym przyspieszenia procesów korozyjnych.

W instalacjach chłodniczych powstające osady są częstą przyczyną zmian w parametrach pracy instalacji i tak, np. zanieczyszczenie powierzchni skraplacza chłodzonego wodą, na skutek utrudnionej wymiany ciepła, powoduje wzrost temperatury czynnika chłodniczego przepływającego przez skraplacz, a w konsekwencji również powoduje wzrost ciśnienia skraplania, co ostatecznie nie tylko pogarsza warunki pracy, ale również może być przyczyną występowania sytuacji awaryjnych (zadziałanie presostatu wysokiego ciśnienia), a nawet być przyczyną rozszczelnienia i uszkodzenia instalacji, a tym samym wydostania się czynnika chłodniczego do atmosfery.

W przypadku chłodnic lub nagrzewnic wodnych, pierwszym objawem, wykazującym występowanie zanieczyszczenia wymiennika jest z reguły całkowite otwieranie się zaworu regulacyjnego przy jednoczesnym braku mocy chłodniczej lub cieplnej. W skrajnych przypadkach dochodzi do wyłączenia instalacji, spowodowanego zadziałaniem zabezpieczeń przeciw zamrożeniowych.

Twarde osady mogą być również przyczyną uszkodzeń elementów hydraulicznych automatyki wymienników ciepła. Zanieczyszczenia wymienników ciepła są zatem przyczyną niestabilnej pracy układu i zwiększonej awaryjności. Problemy związane z występowaniem osadów są szczególnie zauważalne w układach wentylatorowych chłodni wieżowych.

Na okres zimy, ze względu na ryzyko zamarznięcia, upuszcza się wodę z wentylatorowych chłodni wieżowych, co ułatwia bezpośredni kontakt wewnętrznych powierzchni elementów - dotąd zalanych wodą - z powietrzem zawierającym tlen. Po sezonie zimowym następuje ponowne napełnienie układu świeżą wodą. Niestety taka sytuacja wzmaga procesy korozji elementów stalowych.

Niezależnie od rodzaju wymiennika ciepła, w którym występują osady i zanieczyszczenia, należy liczyć się ze zwiększonymi kosztami energetycznymi w porównaniu z instalacjami, w których osady i zanieczyszczenia są usuwane, a wymienniki mają czyste powierzchnie wymiany ciepła.

Straty energetyczne w instalacjach zanieczyszczonych spowodowane są koniecznością wydłużonego czasu pracy np. sprężarek, pomp, wentylatorów.

Reasumując: obniżenie wydajności cieplnej spowodowanej zanieczyszczeniem powierzchni wymiennika ściśle koreluje ze stratami energetycznymi, powstającymi z uwagi na konieczność wprowadzania dodatkowej energii niezbędnej do utrzymania wartości początkowej wydajności cieplnej wymiennika.

Istotnym elementem w procesie eksploatacji wymienników ciepła jest zatem odpowiednie przygotowanie wody chłodzącej, w taki sposób, aby zmniejszyć ryzyko występowania osadów oraz procesów korozyjnych na powierzchniach wymiany ciepła.

Wymagania dla Wody Chłodzącej

Odczyn wody chłodzącej jest jednym z decydujących czynników wpływających na szybkość korozji, dlatego woda ta powinna wykazywać właściwości lekko alkaliczne, tzn. mieć pH = 8,3 ÷ 10. Korozja (łac. corrosio - zżeranie) to proces niszczenia (chemicznego lub elektro-chemicznego) metali lub ich stopów oraz tworzyw niemetalowych. Korozja zachodzi na skutek reakcji chemicznych, elektrochemicznych lub biologicznych.

Intensywność korozji elektrochemicznej zwiększa obecność soli w wodzie chłodzącej. Wśród substancji rozpuszczonych bardzo niebezpieczne są głównie siarczany i chlorki. Są to związki intensyfikujące korozyjny charakter wody w stosunku do metali.

Głównym powodem wytrącania się osadów chemicznych na powierzchniach wymiany ciepła jest twardość węglanowa wody oraz nadmierne jej zasolenie. Dominującym składnikiem osadów jest węglan wapniowy, który powstaje w wyniku rozkładu wodorowęglanu wapniowego zgodnie z reakcją: Ca(HCO3)2 → ↓CaCO3 + CO2↑ + H2O.

Podczas ogrzewania wody nierozpuszczalne węglany gromadzą się jako szlam lub kamień wodny (kamień węglanowy).

Dopuszczalne wskaźniki zanieczyszczenia wody chłodzącej powinny zapewnić spełnienie następujących warunków:

uniknięcie wytrącania osadów, mułu i kamienia na ochładzanych elementach urządzeń;
ograniczenie do minimum korozji metalowych części urządzeń;
zmniejszenie stopnia niszczenia niemetalowych tworzyw stykających się z wodą chłodzącą.

Wiodący producenci wymienników ciepła przedstawiają wymagania stawiane wodzie przeznaczonej do celów chłodniczych pracujących z ich aparatami. Wymagania te w znacznej mierze zależą od rodzaju zastosowanego materiału konstrukcyjnego i warunków środowiska pracy.

Eksploatacja otwartych instalacji wodnych wymaga szczególnej uwagi ze względu na kontakt nośnika ciepła z powietrzem zawierającym tlen, zanieczyszczenia stałe i biologiczne oraz nieznaczne ilości gazów takich, jak np. dwutlenek węgla, a więc substancje, które mogą być przyczyną intensyfikowania procesów korozyjnych i osadotwórczych.

Przyczyny Zanieczyszczeń Skraplaczy Wyparnych w Chłodnictwie

Skraplacze wyparne, wieże wyparne typu „otwartego” oraz wentylatorowe chłodnie wieżowe wykorzystują zjawisko wymiany ciepła pomiędzy opadającą wodą, a przepływającym powietrzem. Woda w obiegu skraplacza , w wyniku wymiany ciepła pomiędzy ośrodkami, schładza się o kilka stopni Celsjusza, tym samym ochładzając rurki wężownicy skraplacza amoniaku, wskutek odparowania wody z obiegu wodnego.

W każdym z tych przypadków dochodzi do odparowania z obiegu pewnej ilości wody, co w konsekwencji powoduje wzrost stężenia rozpuszczonych w wodzie składników mineralnych. W wyniku zatężania składników mineralnych może dochodzić do wytrącania się z wody obiegowej osadów, przede wszystkim soli wapnia. Wytrącone sole stanowią wówczas kamień wodny analogiczny do kamienia kotłowego (węglan wapnia).

tags: #skraplacz #uzdatnianie #wody #zasada #działania