VY_32_INOVACE_Racek_01-1-16-Klimatizace Důlní větrání VY_32_INOVACE_Racek_01-1-16-Klimatizace Autor: Mgr. Ing. Ladislav Ráček Tento výukový materiál byl zpracován v rámci projektu EU peníze středním školám - OP VK 1.5. CZ.1.07/1.5.00/34.0195 – Individualizace a inovace výuky

Anotace Tento materiál se zabývá strojním ochlazováním větrů. Žáci se zde doví o stacionárním a nestacionárním chlazení, poznají základní prvky chladícího zařízení, proberou se jednotlivé schémata chlazení a doví se technické řešení strojního chlazení a jejich výkony.

Zlepšování mikroklimatu chlazením větrů Chlazení důlních větrů nesmí být náhradou za špatné větrání, nýbrž musí být doplněním dobrého větrání. Některého ze způsobu ochlazování důlních větrů se tedy má použít teprve až jsou splněny tyto podmínky: - když z rozboru mikroklimatických podmínek a z teplotních a tepelných výpočtů větrních síti jednoznačně vyplývá, že další práce je možná jen s ochlazováním důlních větrů. To znamená, že byly vyčerpány veškeré možnosti zlepšování parametrů mikroklimatu v dole dalším zlepšováním větrání dolů na všech pracovištích, - dosáhne-li se ochlazováním důlních větrů takových mikroklimatických podmínek na pracovištích v dole, že práce se bude konat v rámci normou daných hodnot mikroklimatu a bude dosahována plánovaná produktivita práce.

Základní rozdělení způsobu ochlazení a) chlazení přírodními látkami, u něhož se využívá citelného (senzibilního) nebo skrytého (latentního) tepla látek v přírodě, b) chlazení strojní, u něhož se využívá některého z následujících principů či pochodů, - chlazení umělými látkami, u něhož se využívá především latentního tepla látek, do nichž byl akumulován „chlad“ získaný pomocí strojního chladicího zařízení (např. rozpouštění vodního nebo eutektického ledu, sublimace tuhé fáze oxidu uhličitého, vypařování zkapalněných plynů apod.). Tento způsob chlazení je vlastně přechodným způsobem chlazení mezi skupinou chlazení přírodními látkami a vlastní skupinou chlazení strojního, - vypařování chladiva v oběhu parním, sorpčním nebo proudovém, - expanze plynu v plynových obězích s vnější nebo vnitřní práci nebo expanzi plynu ve vírové trubici, - elektrické nebo magnetické jevy při chlazení termoelektrickém.

Odnímání tepla chlazené látce - buď přímým chlazením, tj. teplo je odnímáno látce přímo chladivem, - nebo nepřímým chlazením, tj. teplo je odnímáno látce cirkulací tzv. teplonosnou látkou, která teplo přenáší z chlazené látky do chladiva, aniž mění své skupenství. Pro hluboké a teplé doly v našich podmínkách jsou perspektivní zvláště způsoby strojního chlazení s vypařováním chladiva v parních obězích. Způsob uspořádání chladicího strojního zařízení musí vycházet z konkrétních hornických, geologických a ekonomických podmínek toho kterého dolu.

Základní systémy chlazení důlních větrů Podle způsobu přenosu tepla z chlazených větrů na chladivo rozeznáváme v důlní klimatizaci dva systémy chlazení: - nestacionární systém s přímým chlazením větrů, - stacionární systém s nepřímým chlazením větrů.

Nestacionární systém chlazení Vyznačuje se tím, že se v něm používá mobilních chladicích jednotek v blízkosti pracoviště, v nichž výparníky jsou současně chladiči důlních větrů. Teplo větrů se odnímá přímo chladivem. Z chladicí jednotky se teplo (kondenzační) musí odvádět některým ze způsobů uvedených dále v textu. Nestacionární systém chlazení je tvořen těmito základními prvky: chladicí jednotka, ventilátor, lutnový tah, odvod kondenzačního tepla.

Stacionární systém chlazení Vyznačuje se tím, že se používá stacionárních chladicích jednotek umístěných dle zvoleného řešení technologie chlazení větrů. Teplo větrů se odnímá v tepelném výměníku teplonosnou látkou (chlazenou vodou). Ta přenáší teplo do chladicí jednotky, ve které teplo přejímá chladivo. To pak předává teplo dále další teplonosné látce (chladicí vodě), která je odváděna do míst, kde jeho vliv neškodí (odvod kondenzačního tepla).

Systém je tvořen třemi základními částmi s prvky a) Chladicí stanice (výroba chladu) - chladicí jednotky, - elektronizace, - měřící přístroje, - potrubí a armatury. b) Okruh chlazené vody (transport chladu a jeho přenos na pracovištích) - chladiče důlních větrů, - čerpadla, c) Okruh chladicí vody (odvod kondenzačního tepla chladicí jednotky) - chladiče chladicí vody (zpětné chladiče, chladicí věž),

Základní schémata chlazení důlních větrů - místní schéma chlazení – chladiče jsou umístěny těsně před nebo přímo na pracovišti, - skupinové schéma chlazení – chladiče jsou umístěny ve společném úvodním větrním proudu několika pracovišť, - tandemové schéma chlazení – kombinace místního a skupinového schématu chlazení, - ústřední schéma chlazení – chladiče jsou umístěny na počátku větrní oblasti buď přímo na povrchu nebo na nejhlubším vtažném patře dolu. Uvedená schémata lze v praxi vzájemně kombinovat.

Technická řešení stacionárního systému strojního chlazení Způsoby uspořádání strojního chlazení mohou být různé. Následující přehled možných technických řešení je sestaven na základě zkušeností s provozem stacionárních systémů používaných v hornictví jak v zahraničí, tak v našich dolech. a) Chladicí jednotky na povrchu (výroba „chladu“ na povrchu) Chladicí jednotky jsou situovány v centrální strojovně. Charakteristickým prvkem při řešení s jednotkami na povrchu je tepelně hydraulicky převodník, který řeší nežádoucí zvýšení tlaku chlazeného média a zároveň další přenos „chladu“ na navazující nízkotlaký rozvod v dole:

Odvod kondenzačního tepla je realizován v otevřených či uzavřených chladicích věžích na povrchu.

Chladicí jednotky v dole (výroba „chladu“ v dole) 1) Umístění centrální – chladicí jednotky jsou situovány do jedné chladicí stanice (obvykle náraží) pro možnosti využití ve více oblastech (krách) – patrová chladicí stanice.

2) Umístění decentrální – chladicí jednotky jsou situovány v chladicích stanicích v jednotlivých oblastech (krách) – úseková chladicí stanice.

Další členění stacionárního systému s chladicími jednotkami v dole je možné podle odvodu kondenzačního tepla: 1) Odvod kondenzačního tepla na povrch chladicí vodou 2) Odvod kondenzačního tepla výdušnými větry _ v otevřeném okruhu chladicí vody ( chladicí věže), _ v uzavřeném okruhu chladicí vody (zpětné chladiče), _ ve vzduchu chlazeném kondenzátoru 3) Odvod kondenzačního tepla technologickou nebo důlní vodou

Technologie strojního chlazení z hlediska jejího situování a velikosti chladicího výkonu a) Technologie místního chlazení – chladicí výkon 60 až 130 kW Potřebný chladicí výkon se zabezpečuje mobilními jednotkami situovanými cca 50 – 150 m před pracovištěm. Větry jsou dopravovány lutnovým tahem na pracoviště. b) Technologie úsekového chlazení – chladicí výkon 90 až 1000 kW Chladicí stanice je sestavena ze stacionárních chladicích jednotek. Chladicí medium – chlazená voda proudí od výparníku jednotek do výměníku na pracoviště izolovaným potrubím. Tato technologie je určena zpravidla pro chlazení pracovišť v jedné oblasti (kře), nebo pro jedno pracoviště s větším potřebným chladicím výkonem (mechanizovaná ražba). Strojovna chladicích jednotek bývá situována v důlním poli tak, aby mohla být využita pro více pracovišť.

c) Technologie patrového chlazení – chladicí výkon 1000 až 4000 kW Chladicí stanice je sestavena ze stacionárních chladicích jednotek. Chladicí medium – Chlazená voda proudí do nádrže (rozdělovače), odkud je čerpána hlavními izolovanými rozvody do výměníku na pracovišti. Voda z výměníku se vrací do nádrže (sběrače) a opět je čerpána přes výparníky chladicích jednotek. Rozdělovač a sběrač jsou propojeny, tvoří samostatný vnitřní okruh chladicí stanice, který je regulován chladicími jednotkami v závislosti na teplotě vody vnějšího okruhu. Tato technologie je určena pro chlazení pracovišť více oblastí (ker) patra. Strojovnu chladicích jednotek se doporučuje situovat v blízkosti náraží s ohledem na: - využití chladicího výkonu pro několik dobývacích oblastí (ker), - technické parametry chladicí technologie, - řešení odvodu kondenzačního tepla.

d) Technologie centrálního chlazení – chladicí výkon 3500 až 10000 kW Chladicí zařízení je umístěno na povrchu a v dole. Chladicí medium – chlazená voda je vedena primárním (vysokotlakým) izolovaným okruhem chlazené vody do tepelně hydraulického převodníku na důlní patro. Odtud voda proudí sekundárním nízkotlakým okruhem v dochlazovaných potrubních tazích do oblasti k výměníkům na pracovišti. Zpátky se pak oteplená voda vrací k dochlazovací stanici, která pracuje obdobně jako patrová chladicí stanice.

Řešení odvodu kondenzačního tepla Teplo odebrané důlním větrům je předáno chladivem v parním oběhu do okruhu chladicí vody. Chladicí voda protékající kondenzátorem zabezpečuje tedy odvod kondenzačního tepla. Toto odpadní teplo je nutno dopravovat mimo pracoviště nejlépe nejkratší cestou z dolu. Proto se pro každou technologii chlazení navrhuje způsob odvodu kondenzačního tepla. Kondenzační teplo se odvádí z chladicí jednotky (až na výjimky jako je např. vzduchem chlazený kondenzátor) chladicí vodou.

Chlazení chladicích jednotek chladicí vodou se provozuje dvěma způsoby: - otevřený okruh chladicí vody, - uzavřený okruh chladicí vody. a) Otevřený okruh – kondenzační výkon 80–170 kW . - Používá se u mobilních chladicích jednotek přímého chlazení – průtočnou vodou z potrubí provozní a protipožární vody. Při návrhu tohoto systému nutno provést při větším počtu chladicích jednotek bilanci množství vody i kapacity systému. - Výjimečně lze tohoto způsobu použít i pro úsekovou chladicí stanici (krátkodobě).

b) Uzavřený okruh – kondenzační výkon 80 – 5000 kW . - Výjimečně se používá u mobilních chladicích jednotek přímého chlazení. Kondenzační teplo je předáváno důlním větrům výměníkem. S ohledem na velkou spotřebu vody u průtočného chlazení je žádoucí tento způsob využívat ve větší míře. - Běžně se využívá u úsekových stacionárních stanic. Potrubí chladicí vody je propojeno se strojovnou zpětných výměníků umístěnou ve výdušných větrech. Při vydatném zdroji důlní vody lze použít i výměník voda-voda. - U patrové chladicí stanice s chladem na velký kondenzační výkon nutno uvažovat s využitím uzavřených okruhů pro odvod kondenzačního tepla v kombinaci s odvodem: _ do výdušných větrů, _ do důlní vody _ výjimečně využitím zkratových větrů. - Při vyšších kondenzačních výkonech je nutno uvažovat s řešením odvodu kondenzačního tepla na povrch.

c) Uzavřený okruh – kondenzační výkon 4000 až 15000 kW . - U chladicího zařízení na povrchu je možno navrhovat chladicí věže (s otevřeným okruhem vody), _ suchý zpětný chladič vody (s uzavřeným okruhem vody).

POUŽITÁ LITERATURA Název knihy. Místo vydání: Nakladatelství, Rok vydání. ISBN XXXXXX. ČSN XX XXXX. Název normy. Místo vydání: Nakladatelství, Rok vydání. Název vebové stránky. Název webu [online]. rok vydání [cit. 2012-09-28]. Dostupné z: www.url_adresa.cz Poznámka: Citace musí odpovídat ČSN ISO 690 Použijte např. http://generator.citace.com/