KIERUNKI ROZWOJU KLIMATYZACJI KOPALŃ

wg J. Wacławika

l. WPROWADZENIE

Wzrost zainteresowania zagadnieniami klimatyzacji w polskim górnictwie spowodowany jest znacznym pogorszeniem się warunków klimatycznych w wielu kopalniach węgla kamiennego i rud miedzi.

Temperaturę i wilgotność w wyrobiskach kopalń kształtują procesy sprężania powietrza w polu siły ciężkości, ciepło i wilgoć przekazywane od calizny skalnej i od urobku oraz ciepło oddawane przez maszyny i urządzenia, a w szczególności przez silniki wysokoprężne. Pozostałe źródła energii mają na ogół małe znaczenie.

Na mikroklimat w wyrobiskach ma także wpływ ilość i sposób doprowadzenia powietrza oraz wybór drogi transportu urobku. Przez główne wyrobiska kopalń przepływają duże ilości powietrza. W związku z tym zmiany temperatury atmosferycznej przenoszą się drogami powietrza świeżego na duże odległości od wlotu do szybu wdechowego i docierają niekiedy do wyrobisk eksploatacyjnych, przyczyniając się do wzrostu temperatury w okresie letnim. W związku z tym w wyrobiskach korytarzowych i w polach eksploatacyjnych spotyka się temperatury na termometrze suchym z przedziału 27 ÷ 32 °C, a nawet przekraczające te wartości.

Rozwój techniki chłodniczej i klimatyzacji kopalń na przestrzeni dziejów

W połowie ubiegłego stulecia stwierdzono, że istnieje ograniczenie głębokości eksploatacji złóż spowodowane wzrostem temperatury. Zamiar zastosowania urządzeń chłodniczych w górnictwie zrodził się na początku bieżącego stulecia, w okresie gdy chłodnictwo było dziedziną szybko rozwijającą się a wiele zagadnień już rozpoznano i rozwiązano.

W połowie XVIII wieku W. Cullen skonstruował urządzenie do produkcji lodu, działające pod wpływem pompy zmniejszającej ciśnienie nad lustrem wody. W 1834 r. J. Perkins zbudował parowe sprężarkowe urządzenie chłodnicze. Czynnikiem chłodniczym był eter etylowy, który parując pobierał ciepło z otoczenia. W 1844 r. J.Gorrie opatentował pierwsze skutecznie działające urządzenie klimatyzacyjne, zastosowane w szpitalu. Tłokowy kompresor sprężał powietrze, które następnie było chłodzone przez cyrkulującą wodę. W wyniku rozprężania temperatura powietrza obniżała się. W latach 50-tych ubiegłego stulecia F. Carre zbudował absorpcyjne urządzenie chłodnicze, w którym wykorzystał zjawisko pochłaniania pary amoniaku przez wodę. W 1874 r. C. Linde skonstruował pierwszą sprawnie działającą ziębiarkę parową ze sprężarką tłokową, w której czynnikiem chłodniczym był amoniak. W 1900 r C.A. Rateau opatentował ziębiarkę ze sprężarką odśrodkową. Jednak projekt urządzenia nie wyszedł poza fazę eksperymentalną. Dopiero w 1922 r. W.H. Carrier

wybudował udaną ziębiarkę ze sprężarką odśrodkową. W 1910 r. M. Leblanca skonstruował ziębiarkę ze sprężarką strumienicową, w której w charakterze czynnika roboczego wykorzystana została woda. Na początku lat 30-tych zostały wynalezione freony.

Pierwsze urządzenie klimatyzacyjne w górnictwie zastosowano w brazylijskiej kopalni złota Morro Velho w 1920 r. Urządzenie zostało zaprojektowane do ochłodzenia 37 m³/s powietrza na wlocie do kopalni od temperatury na termometrze wilgotnym 22 do temperatury 6 °C, co odpowiada mocy chłodniczej 1770 kW. Zastosowano 6 sprężarek amoniakalnych, jednotłokowych, podwójnego działania, napędzanych silnikami indukcyjnymi, o mocy 90 kW każdy. Dzięki dużej liczbie sprężarek można było elastycznie zmieniać moc chłodniczą w zależności od parametrów powietrza wlotowego. Na tejże kopalni powstała w roku 1929 pionierska podziemna instalacja chłodnicza.

W Europie pierwszy układ klimatyzacyjny wybudowano w Zagłębiu Ruhry, w kopalni węgla kamiennego Radbod, po osiągnięciu głębokości wybierania 1000 m i temperatury pierwotnej skał 44 °C, gdy podwojenie wydatku powietrza nie zapewniło wymaganej przez ówczesne przepisy niemieckie temperatury 28 °C. Wcześniej do podziemnej chłodnicy powietrza zbudowanej z rurek była podłączona woda z rzeki. W celu obniżenia temperatury wody rzecznej w okresie letnim zastosowano ziębiarkę amoniakalną napędzaną sprężarką o mocy 150 kW. Zimna woda chłodziła na dole 12 m³/s powietrza od temperatury 22.5 do 19.5 °C. W kopalni Radbod zastosowano wysokociśnieniowy wymiennik ciepła.

W latach 20-tych i 30-tych nastąpiło gwałtowne pogorszenie warunków klimatycznych w kopalniach złota w południowej Afryce. W roku 1930 było 30 przypadków śmierci spowodowanych udarem cieplnym. Kilka lat wcześniej w jednej z kopalń użyto lodu w blokach do obniżenia temperatury powietrza. Stosowano także rozpylanie w wyrobisku zimnej wody wychłodzonej za pomocą lodu.

Pierwszą instalację powierzchniową chłodzącą powietrze wpływające do szybu wdechowego wybudowano w kopalni Robinson Deep Mine w 1935 r.

Stacja klimatyczna chłodziła wydatek 190 m³/s od temperatury na termometrze wilgotnym 18.3°C do temperatury 3.3 °C, która jest równa średniej temperaturze zimowej. Zdolność chłodnicza układu wynosiła 7 MW. Trzy niezależnie pracujące ziębiarki chłodziły szeregowo powietrze w kanale doprowadzającym je do szybu wdechowego.

Pierwsza podziemna instalacja powstała w kopalni East Rand Proprietary Mines w 1936 r. na głębokości 1950 m. W układzie klimatycznym o mocy 1760 kW zastosowano sprężarkę tłokową z freonem R 11. Wydatek 80 m³/s powietrza był ochładzany od temperatury na termometrze wilgotnym 27 °C do 22 °C.

Wodę chłodzącą skraplacze transportowano szybem wdechowym na powierzchnię rurociągami nie izolowanymi.

W następnych latach prowadzono wiele doświadczeń dotyczących chłodzenia skraplaczy. Między innymi podjęto próbę zastosowania podziemnych wież chłodniczych.

W latach 50-tych w RPA przeważały urządzenia z ziębiarkami na powierzchni. W latach 60-tych moc urządzeń powierzchniowych była niższa (zmniejszyła się), a znacznie wzrosła moc urządzeń podziemnych i w roku 1975 osiągnęła moc 250 MW.

W tym czasie w wielu krajach podjęto działania na rzecz poprawy efektywności i niezawodności pracy urządzeń chłodniczych i klimatycznych w górnictwie.

Opracowane zostały nowe technologie klimatyzacji kopalń, między innymi związane ze stosowaniem lodu i wody technologicznej.

W górnictwie stosuje się autonomiczne pojedyncze urządzenia klimatyczne o mocy chłodniczej równej paręset kW. Klimatyzują one przede wszystkim przodki drążonych wyrobisk korytarzowych z wentylacją odrębną.

W przypadku gdy potrzebna moc chłodnicza kopalni wynosi co najmniej kilka MW w zasadzie buduje się centralny układ klimatyzacji.

Istnieje wiele różnych możliwości rozwiązań technicznych służących klimatyzacji w kopalniach. Przy projektowaniu i budowie układu klimatyzacji istnieje możliwość wyboru najbardziej odpowiedniego w danych warunkach rozwiązania.

Rozróżnia się następujące rodzaje centralnych układów:

• układy centralne z ziębiarkami z amoniakiem lub freonem R 22 chłodzące wodę wykorzystywaną następnie w chłodnicach powietrza (omówiona dalej w punkcie 2),

• układy centralne z wytwarzaniem lodu, który jest chłodziwem pośrednim (punkt 3),

• układy centralne z ziębiarkami na powierzchni, które chłodzą wodę technologiczną (punkt 4).

Na powierzchni lokalizuje się ziębiarki z amoniakiem lub z freonem R 22. Możliwość wyboru dotyczy typu i rodzaju ziębiarek, chłodnic powietrza, chłodni wody, układów i średnic rurociągów, ilości wody i stosunku wydatków wody (chłodziwa) w poszczególnych obiegach oraz temperatur (a tym samym ciśnień) wrzenia i skraplania czynnika chłodniczego. Konieczne jest ustalenie dotyczące lokalizacji ziębiarek i chłodni wody. Możliwości zrzucenia ciepła odebranego od skraplaczy do otoczenia, którym na powierzchni jest powietrze atmosferyczne, a

na dole prąd zużytego powietrza, ze średniego lub dużego centralnego systemu ziębiarek, w wielu przypadkach decydują o generalnej koncepcji klimatyzacji. Jednocześnie dąży się do możliwie niskiej temperatury wody na wlocie do skraplaczy.

Wartości temperatur skraplania i parowania czynnika chłodniczego określają zakres różnicy ciśnień, na którym pracuje sprężarka, i zapotrzebowanie na moc napędu konieczną do uzyskania żądanej mocy chłodniczej. Wzrost lub spadek jednego parametru pracy ziębiarki, wyparnej chłodni wody lub chłodnicy powietrza może spowodować zmiany wielu innych parametrów tych zespołów. Na przykład przyrost wydatku wody chłodzącej skraplacz ma wpływ na pracę zarówno skraplacza jak również chłodni wyparnej i jego wynikiem jest zmniejszenie temperatury skraplania. Z kolei spadek tej temperatury powoduje wzrost zarówno strumienia ciepła odbieranego w parowniku jak też ciepła odrzucanego w chłodni wyparnej.

Rozstrzygnięcia wymaga rodzaj i budowa sprężarki oraz sposób zmniejszenia ciśnienia

statycznego wody transportowanej z powierzchni w obiegu wysokoprężnym. Prócz podanych wyżej środków technicznych i współzależności między nimi istnieją jeszcze dalsze wielkości, które mają pewien wpływ na pracę układu. Rozpatrywane koncepcje powinny być analizowane z punktu widzenia ogólnych kosztów, na które składają się przede wszystkim nakłady inwestycyjne i bieżące wydatki. Duże znaczenie ma zużycie energii na uzyskanie jednostki mocy chłodniczej.

2. UKŁADY KLIMATYZACJI Z ZIĘBIARKAMI I OBIEGAMI ZIMNEJ WODY

Najbardziej skrajne rozwiązania techniczne klimatyzacji kopalń, przyna1eżne do rozważanej grupy rozwiązań to:

1. centralny układ klimatyczny z blokiem ziębiarek i chłodni wody na powierzchni oraz rozproszonymi w wyrobiskach podziemnych wodnymi chłodnicami powietrza, połączonymi z ziębiarkami siecią rurociągów,

2. zdecentralizowany układ ziębiarek i chłodni wody, zlokalizowanych w wyrobiskach podziemnych przy małych długościach rurociągów transportujących zimne płyny.

Istnieją rozwiązania pośrednie, które mają pewne cechy pierwszego i pewne drugiego układu.

Wybór właściwej w danych warunkach koncepcji może być oparty na doświadczeniach zdobytych w czynnych stacjach klimatyzacji kopalń. Zwykle można wskazać jeden, dwa lub kilka różnych układów, które należy szczegółowo przeanalizować, porównać ze sobą, by przyjąć je za wzorcowe w danych warunkach.

Przy dużej mocy chłodniczej, wyższej lub znacznie wyższej od paru MW, układ zdecentralizowany w zasadzie nie jest stosowany przede wszystkim ze względu na trudności z odprowadzeniem ciepła skraplania czynnika chłodniczego do prądu powietrza zużytego.

Względy ekonomiczne przemawiają za tym rozwiązaniem w przypadku zapotrzebowania na małą moc chłodniczą. Koszty inwestycyjne centralnych systemów klimatyzacji są porównywalne z kosztami ruchowymi i każda zmiana systemu ma wpływ na obydwa podstawowe składniki kosztów.

Właściwie zaprojektowane i wykonane urządzenia do odbioru ciepła skraplania czynnika chłodniczego na powierzchni kopalni mają wystarczające możliwości przekazywania ciepła do otoczenia.

Tej właściwości nie mają urządzenia podziemne. W związku z tym ziębiarki, z których ciepło odprowadzane jest na powierzchni charakteryzują się niższą temperaturą skraplania niż ziębiarki, z których ciepło przekazywane jest na dole do prądu powietrza zużytego. Przy niższej temperaturze skraplania zużycie energii w ziębiarce na uzyskanie takiej samej mocy chłodniczej jest niższe. Na powierzchni przekazywanie ciepła do otoczenia następuje w wieży chłodniczej lub w wyparnym skraplaczu. Korzyścią ze stosowania wyparnych skraplaczy jest niższa temperatura skraplania i mniejsze zużycie wody. Zwykle koszty inwestycyjne też są niższe, a ilość powietrza wprowadzona z otoczenia do obiegu chłodzenia skraplacza mniejsza. W urządzeniach na powierzchni stosuje się niekiedy wstępne wyparne chłodnie wody, których działanie jest podobne do działania wyparnych skraplaczy. Chłodnie te używane są zamiast obiegu chłodniczego, lecz zużywają mniej energii. Ich wydajność zależy od warunków panujących w otoczeniu. Czynne są przez zimną część roku, gdy różnica temperatur obiegu i otoczenia jest korzystna. Gdy temperatura wody powrotnej jest wysoka, działają przez cały rok.

Możliwość odrzucenia do otoczenia ciepła pochodzącego z chłodzenia skraplaczy zależy między innymi od wydatku i parametrów termodynamicznych powietrza odbierającego ciepło w wyparnych chłodniach wody. W układach służących klimatyzacji wyrobisk chłodnie te mogą znajdować się na dole, w wyrobisku z dość wysoką temperaturą i wilgotnością powietrza.

Rzadko ma miejsce korzystny przypadek dużego wydatku powietrza suchego o umiarkowanej temperaturze na termometrze suchym. Omawiając duże otwarte wyparne chłodnie wody stosowane w kopalniach południowo-afrykańskich A.Whillier i R.Ramsden podają, że na każde 100 kW ciepła odpadowego konieczny jest strumień powietrza co najmniej 1 m³/s. Autorzy polecają wydatek dwukrotnie większy, gdyż w praktyce jedynie część powietrza uczestniczy w wymianie ciepła. Strumień powietrza określony został dla otwartego obiegu wody rozbryzganej w wieży chłodniczej, gdy istnieją warunki do intensywnej wymiany ciepła. W górnictwie stosuje się chłodzenie wody w zamkniętych chłodniach natryskowych w celu uniknięcia koniecznego przy otwartym chłodzeniu oczyszczania a nawet uzdatniania wody. W wyparnych chłodniach natryskowych zapotrzebowanie na ilość powietrza jest większe. Z doświadczeń firm produkujących kopalniane chłodnie wody wynika, że wynosi ono 2.5÷2.7 m³/s na każde 100 kW ciepła odpadowego. Ilości te należy traktować jako orientacyjne i przed ustaleniem miejsca lokalizacji wyparnych chłodni wody należy zbilansować ilości ciepła, uwzględniając nie tylko wydatek lecz także temperaturę i wilgotność powietrza.

Wybór lokalizacji ma wpływ na parametry pracy ziębiarki, w szczególności na wartość

temperatury skraplania oraz poprzez ten parametr na moc chłodniczą ziębiarki. Przy tej samej mocy sprężarki chłodniczej wyższa temperatura kondensacji oznacza niższą moc chłodniczą ziębiarki. Przy odbiorze ciepła odpadowego na dole kopalni na 10 MW zdolności chłodniczej trzeba odprowadzić około 13÷16 MW ciepła, co może nastąpić jedynie w szybie wydechowym, przy wydatku znacznie przekraczającym 200 m³/s, w kilku wyparnych chłodniach wody.

Temperatura skraplania wynosi wtedy 50÷55 °C, czyli jest wyższa o około 20÷25 °C niż w urządzeniach zlokalizowanych na powierzchni.

2a) Ziębiarki zlokalizowane na powierzchni

Układ centralny, z ziębiarkami rozmieszczonymi na powierzchni, jest wielokrotnie

sprawdzonym rozwiązaniem klimatyzacji, w przypadku gdy chłodzenie powietrza ma być prowadzone w dużej liczbie wyrobisk w całej kopalni lub w znacznej jej części. Szkic takiego układu centralnego przedstawia rys.1.

Rys.1. Centralny system klimatyzacji z ziębiarkami rozmieszczonymi na

powierzchni:

a - ziębiarka, b - chłodnia kominowa, c - wysokociśnieniowy wymiennik ciepła,

d - chłodnice powietrza

Blok ziębiarek, oznaczony literą a, i wyparne chłodnie wody b zlokalizowane są na powierzchni, wysokociśnieniowy wymiennik ciepła c oraz wodne chłodnice powietrza d znajdują się na dole kopalni.

Czynnikiem chłodniczym w ziębiarce powierzchniowej zwykle jest amoniak. Ciepło skroplenia czynnika chłodniczego przekazywane jest bezpośrednio do powietrza atmosferycznego. Proces chłodzenia zimnej wody 4-1 następuje w parowniku. W szybie wdechowym zabudowane są rurociągi 1-2 i 3-4, przez które przepływa chłodziwo w obiegu wysokoprężnym. Na klimatyzowanym poziomie znajduje się urządzenie, w którym następuje obniżenie ciśnienia chłodziwa. Spotyka się układy z wysokociśnieniowym wymiennikiem ciepła, z turbiną Peltona lub z trójkomorowym zasilaniem rurociągu. W urządzeniach tych odzyskuje się znaczną część energii związanej z różnicą wysokości transportowanego chłodziwa. Między układem zmniejszającym ciśnienie i chłodnicami powietrza zimna woda przepływa w obiegu niskociśnieniowym 7-8-9-10-7.

Omawiany system ma pewne zalety w stosunku do innych rozwiązań:

• ziębiarki pracujące na powierzchni łatwiej i taniej można utrzymać i doglądnąć, nie muszą spełniać ograniczeń wymaganych od urządzeń dopuszczanych do pracy na dole,

• trudności z odprowadzeniem ciepła skraplania są najmniejsze, w szczególności w porównaniu z przypadkiem ochładzania wody w podziemnej chłodni wyparnej,

• temperatura wody chłodzącej skraplacz może być niska i dzięki temu sprawność obiegu chłodniczego wysoka,

• istnieje duża swoboda z wyborem rodzaju ziębiarek i ogólnej ich mocy chłodniczej.

Wadami omawianego systemu klimatyzacji są:

• konieczność stosowania dobrej izolacji cieplnej sieci rurociągów rozprowadza­jących zimną wodę,

• możliwość wystąpienia trudności z doprowadzeniem dostatecznie zimnej wody do wszystkich miejsc pracy, szczególnie w kopalniach prowadzących roboty rozproszone w dużej liczbie oddalonych od siebie wyrobisk.

Średnicę rurociągu dobiera się zakładając, że średnia prędkość przepływu wody wyniesie 1÷2 m/s.

Zabudowa rurociągu w szybie jest kosztowna i uciążliwa. Rurociągi o mniejszej średnicy zajmują mniej miejsca i są lżejsze. Gdy w przyszłości nie zajdzie potrzeba zwiększenia mocy chłodniczej urządzeń klimatycznych, to rurociąg winien zapewnić średnią prędkość przepływu równą 2 m/s. Natomiast jeśli instalacja może być rozbudowywana, przy określaniu średnicy rurociągu należy uwzględnić możliwość powiększenia mocy chłodniczej.

2b) Ziębiarki zlokalizowane w wyrobiskach kopalni

Klimatyzację głębokiej kopalni może zapewnić układ ziębiarek o dużej mocy, rozmieszczonych w wyrobiskach podziemnych. Rozwiązania takie były wielokrotnie stosowane w kopalniach złota Republiki Południowej Afryki a także sporadycznie w górnictwie węgla kamiennego Republiki Federalnej Niemiec. Preferencje dla tej koncepcji w kopalniach złota RPA wynikają ze znacznej głębokości eksploatacji, gdy celem jest uniknięcie transportu chłodziwa z powierzchni w rurociągu szybowym, przy różnicy wysokości 2000÷3500 m.

Urządzenia zabudowane na dole wymagają odpowiedniego miejsca w wyrobiskach

korytarzowych o dużym przekroju poprzecznym, wydrążonych w dostatecznie mocnych skałach, nie poddanych działaniom naprężeń eksploatacyjnych. Konieczne jest dostarczenie na dół znacznej mocy do napędu sprężarek, w przybliżeniu równej 1/3 mocy chłodniczej układu ziębiarek. Utrzymanie urządzeń w wyrobiskach podziemnych stwarza wiele różnego rodzaju trudności i jest bardziej kosztowne niż w przypadku lokalizacji ich na powierzchni.

W wielu kopalniach nie ma możliwości odbioru ciepła od wody chłodzącej skraplacze w pobliżu miejsca ustawienia ziębiarek. Zachodzi wtedy konieczność budowy i utrzymania sieci rurociągów między ziębiarkami a wyrobiskami, którymi przepływają dostatecznie duże wydatki zużytego powietrza o parostopniowej różnicy między temperaturami na termometrach suchym i wilgotnym. W wyrobiskach tych instaluje się wyparne chłodnie wody, celem odrzucenia ciepła kondensacji. Gdy nie ma możliwości odprowadzenia ciepła kondensacji do zużytego prądu powietrza na dole kopalni ziębiarki mogą być połączone z rurociągiem szybowym, biegnącym do wyparnej chłodni wody zlokalizowanej na powierzchni. Schemat ideowy układu klimatycznego z wyparną chłodnią wody zlokalizowaną na powierzchni przedstawia rys.2, zaś schemat z chłodniami wody odrzucającymi ciepło skraplania do zużytego prądu powietrza, rys.3. W parownikach ziębiarek może być chłodzona zimna woda transportowana następnie do wodnych chłodnic powietrza lub niekiedy bezpośrednio powietrze. Podstawowym agregatem układu klimatycznego przedstawionego na rys.2 są ziębiarki a chłodzące zimną wodę (lub bezpośrednio powietrze) w parowniku b. Obiegi 5-6-7-8-5 oraz 1-2-3-4-1 przenoszą ciepło odebrane w skraplaczu ziębiarki wyparnej chłodni wody d, znajdującej się na powierzchni.

Rys.2. Centralny system klimatyzacji kopalni z ziębiarkami rozmieszczonymi na dole i z powierzchniową chłodnią wody odbierającej ciepło od skraplaczy

a - ziębiarka, b - parownik chłodzący wodę obiegu dołowego (który na rysunku nie jest wykreślony), c - wysokociśnieniowy wymiennik ciepła, d - chłodnia kominowa

Rys.3. Centralny system klimatyzacji kopalni z ziębiarkami na dole i z wyparną chłodnią wody w prądzie zużytego powietrza

a - ziębiarka, b - dołowy obieg wody zimnej, c - wodna chłodnica powietrza, d - obieg wody chłodzącej skraplacz, e - wyparna chłodnia wody w prądzie zużytego powietrza, f - szyb wydechowy

Między obiegami wody znajduje się wysokociśnieniowy wymiennik ciepła c. Układ klimatyczny zaznaczony schematycznie na rys. 3 składa się z ziębiarki a, obiegu zimnej wody b, z chłodnic powietrza c oraz z obiegu wody chłodzącej skraplacz d z wyparną chłodnią wody e znajdującą się w prądzie zużytego powietrza lub w szybie f.

2c) Ziębiarki zlokalizowane na powierzchni i w wyrobiskach kopalnianych

System kombinowany (rys.4) z ziębiarkami rozmieszczonymi na dole a i na powierzchni g wymaga zabudowy rurociągów w szybie dla obiegu wody od ziębiarek powierzchniowych do wysokoprężnego wymiennika ciepła i do skraplaczy ziębiarek dołowych 1-2-3-10-11-12-13-1.

Rys.4. Centralny system klimatyzacji kopalni z ziębiarkami umieszczonymi na powierzchni i na dole

a - ziębiarka na dole, b - wysokociśnieniowy wymiennik ciepła, c - obieg dołowy zimnej wody, d - wodna chłodnica powietrza, e - opływ skraplacza ziębiarki dołowej, f - wstępna chłodnia wody, g - ziębiarka na powierzchni, h - wieża chłodnicza

Instalacja powinna być zaprojektowana w taki sposób, by w rurociągu obiegu dołowego zapewnić za parownikiem 5-6 temperaturę wody równą 2÷4 °C i na wlocie rurociągu tego obiegu do wysokociśnieniowego wymiennika ciepła temperaturę wody 22÷24 °C.

W przeciętnych warunkach w wysokociśnieniowym wymienniku ciepła (9-4) następuje obniżenie temperatury wody obiegu dołowego o połowę podanej różnicy temperatur. Dalsze obniżenie temperatury o taką samą wartość zachodzi w parownikach ziębiarek (5-6).

W chłodnicach powietrza c, d następuje wzrost temperatury wody o około 15 °C. Za wysokociśnieniowym wymiennikiem ciepła woda obiegu szybowego przepływa do skraplacza ziębiarek dołowych e i odbiera ciepło kondensacji. Temperatura wody chłodzącej skraplacz wzrośnie o około 15÷20 °C i w szybowym rurociągu powrotnym wynosi w przybliżeniu 35 °C. Na powierzchni znajdują się ziębiarki, które powinny ochłodzić wodę obiegu szybowego do temperatury 3÷4°C. W celu obniżenia potrzebnej do tego mocy chłodniczej stosuje się wstępną wyparną chłodnię wody f, otwartą lub natryskową 12-13. Temperatura wody na wylocie z tej chłodni w dużym stopniu zależy od warunków pogodowych. Przy dostatecznie wysokiej temperaturze wody recyrkulacyjnej chłodnia może być czynna przez cały rok. Woda chłodząca skraplacz ziębiarki powierzchniowej jest ochładzana w wieży h.

3. UKŁADY KLIMATYCZNE Z CHŁODZIWEM LODOWYM

W końcu lat 70-tych trudne warunki klimatyczne stały się barierą w rozwoju niektórych kopalń złota w Republice Południowej Afryki. W starej kopalni East Rand Proprietary Mines, zlokalizowanej na wschód od Johannesburga, drugiej (po Western Deep Levels) pod względem głębokości kopalni w świecie istniały podziemne urządzenia klimatyczne o mocy chłodniczej ziębiarek 29 MW. Analiza możliwości znacznego zwiększenia zdolności chłodniczej (nawet do 100 MW) wykazała, że wzrost mocy ziębiarek instalowanych na dole może spowodować jedynie pogorszenie warunków klimatycznych, w związku z trudnościami odrzucenia ciepła skraplania czynnika chłodniczego. Przy wzroście temperatury powietrza na skutek odbioru tego ciepła do około 60 °C temperatura kondensacji czynnika chłodniczego byłaby bardzo wysoka. W takim przypadku uzyskanie jednostki mocy chłodniczej wymaga dużego wkładu energii. W związku z tym rozważana była możliwość zastosowania układu klimatycznego z ziębiarkami zlokalizowanymi na powierzchni. W wielu kopalniach złota w tym czasie były rozbudowywane duże instalacje powierzchniowe, które przygotowywały zimną wodę technologiczną oraz wodę do chłodnic powietrza. Okazało się jednak, że sprowadzenie na dół mocy chłodniczej w postaci zimnej wody wymaga wydatku 1 m³/s. Doprowadzenie tak dużego wydatku na głębokość ponad 3200 m. wymagało budowy sieci rurociągów szybowych oraz układu pomp o bardzo dużej mocy. Ilość wody pompowanej z dołu kopalni wzrosłaby 5-ciokrotnie. Podjęto prace nad wykorzystaniem lodu do transportu mocy chłodniczej z powierzchni do wyrobisk dołowych.

Korzyści ze stosowania lodu jako chłodziwa wynikają ze stosunku ciepła topnienia lodu równego 333.5 kJ/kg do ciepła właściwego wody, które wynosi 4.18 kJ/kg. Ciepło topnienia lodu jest równe ciepłu potrzebnemu do podgrzania wody o 333.5/4.18 = 79.78 °C. W obiegach stosowanych w klimatyzacji kopalń zimna woda zostaje ogrzana o 10÷20 °C.

Przyjmując górną wartość można stwierdzić, że za pośrednictwem 1 kg zimnej wody można przenieść moc chłodniczą równą 80 kJ, natomiast taka sama masa lodu transportuje moc chłodniczą 333.5 + 80 = 413.5 kJ. Wobec tego do przeniesienia takiej samej mocy chłodniczej potrzebna jest 8÷5 razy większa masa zimnej wody niż lodu.

Możliwość kilkakrotnego zmniejszenia transportowanej masy stanowiła zachętę do prac nad transportem lodu w pomieszczeniu korytarzowym na powierzchni i na dole oraz w szybach, nad wyborem odpowiedniej (spośród istniejących) metody produkcji lodu i uzyskaniem pożądanej do transportu i klimatyzacji granulacji, nad procesami wymiany ciepła w urządzeniach układu klimatyzacyjnego pracującego w oparciu o chłodziwo lodowe. Badania w podanym zakresie podjęto na szeroką skalę w Republice Południowej Afryki oraz w Niemieckiej Republice Federalnej.

Dotychczas projektowane układy chłodnicze, w których stosuje się lód charakteryzują się dużą mocą. Potrzebne ilości lodu sięgają paruset kg/s. Zasadniczym

problemem jest więc produkcja dużej ilości lodu i związane z tym zużycie energii. W zasadzie wykluczono stosowanie bloków, płyt, płatków i śniegu lodowego, z uwagi na duże zużycie energii przy produkcji oraz trudności w utrzymaniu lodu w stanie suchym. Ponadto większość

istniejących instalacji klimatycznych w kopalniach nie była dostosowana do transportu solanki.

Do tej pory w klimatyzacji kopalń stosowano dwie metody produkcji lodu, od dawna opanowane w chłodnictwie. Jedna z nich zapewnia uzyskanie lodu suchego.

Woda płynie na zewnątrz rur a płynny amoniak wewnątrz (rys.5). Lód tworzy się na powierzchni rur (freezing) a i jest zbierany (harvesting) b cyklicznie co 12-15 minut przez zastąpienie amoniaku wrzącego w niskiej temperaturze i przy niskim ciśnieniu gorącym amoniakiem (o temperaturze ponad 30°C), uzyskanym przy wysokim ciśnieniu skraplania.

Rys.5. Produkcja lodu metodą zamrażanie-zbieranie (freezing-harvesting)

Proces zbierania lodu w podany sposób może stanowić dochładzanie amoniaku w obiegu chłodniczym. W omawianej metodzie ziębiarka odbiera ciepło w procesie chłodzenia wody do temperatury 0 °C, zamrażania jej, przechłodzenia lodu oraz zrównoważenia strat wynikających z wymiany ciepła z otoczeniem. Dodawanie ciepła następuje w procesie zbierania lodu.

Część urządzenia o dużej mocy do produkcji lodu firmy Bronsair składa się z kolumny rur o przekroju pierścieniowym. Proces zamrażania przebiega zarówno na zewnętrznej powierzchni rury o średnicy około 0.5 m. a także na powierzchni od strony osi rury, o średnicy 0.1 m. W ciągu doby 80 takich jednostek produkuje 1000 ton lodu. Sprężarka ziębiarki pracującej w takim układzie napędzana jest silnikiem o mocy 1 800 kW. Najpierw w etapie zamarzanie przyjmowano stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia czynnika chłodniczego, która wynosiła - 6 °C. Jednak z uwagi na izolacyjne działanie warstewki lodu w odniesieniu do wymiany ciepła obecnie stosuje się znacznie niższe temperatury wrzenia czynnika chłodniczego, z przedziału od -30 do -15 °C. W związku z tym współczynnik sprawności chłodniczej obiegu amoniaku, po uwzględnieniu sprawności towarzyszących urządzeń mechanicznych jest stosunkowo niski i wynosi w przypadku omawianej metody produkcji lodu od 2.3÷3.5. Postać wytworzonego lodu w tym przypadku nazywa się pokruszonymi rurkami.

W metodzie produkcji lodu w postaci zawiesiny (slurry ice) kryształki tworzą się w roztworze solanki. Obecność soli zapobiega tworzeniu się warstewki lodu na powierzchni wody.

Istnieją trzy metody (procesy), które umożliwiają otrzymanie lodu zawiesinowego, rys.6. W każdej z nich lód tworzy się w postaci dużej liczby pojedynczych kryształków zawieszonych w wodzie. Powstawanie zarodków tych kryształków a następnie ich narastanie jest wynikiem procesu odbierania ciepła od solanki.

Rys.6. Trzy procesy produkcji lodu zawiesinowego

W przypadku (a) amoniak wrzący na zewnątrz metalowej rury odprowadza ciepło od przepływającego roztworu soli. W celu zapobieżenia tworzeniu się warstewki lodu na powierzchni metalu stosuje się specjalną wycieraczkę.

Metoda próżniowa produkcji lodu zawiesinowego (b) wymaga uzyskania niskiego ciśnienia wewnątrz zbiornika za pomocą pompy wysysającej parę wodną z obszaru nad wodnym roztworem soli. Kryształki lodu tworzą się w masie solanki, w warunkach określonych przez parametry punktu potrójnego roztworu.

Stężenie solanki wynosi około 5000 ppm. W zbiorniku nad solanką panuje ciśnienie 400 Pa. Na każdy kilogram odsysanej pary wodnej przypada około 7.5 kg lodu.

Metoda "bezpośrednia" tworzenia lodu zawiesinowego (c) polega na wprowadzeniu do solanki wody oraz czynnika chłodniczego, który w odpowiednio niskim ciśnieniu panującym w zbiorniku wrze i odbiera ciepło z otoczenia.

Metody (a) i (b) z powodzeniem stosowane są od dawna, natomiast metoda (c) wciąż jest na etapie prób. W koncentratorze następuje odciągnięcie solanki i zwiększenie stężenia lodu. W zależności od przyjętej techniki odsączania można uzyskać różne koncentracje lodu.

Transport poziomy lodu przeprowadza się przenośnikami taśmowymi, pneumatycznymi, ślimakowymi i hydraulicznymi. W wyrobiskach pionowych stosuje się transport grawitacyjny i hydrauliczny.

Współczynnik sprawności termodynamicznej procesu produkcji lodu zawiesinowego jest zwykle nieco wyższy niż przy produkcji zamrażanie-zbieranie.

Spadek hydrauliczny w transporcie mieszaniny wodno-lodowej w rurociągu zależy przede wszystkim od wydatku oraz od zawartości lodu, który może pochodzić z pokruszonych rurek lub może mieć postać zawiesiny. Przy prędkościach przepływu mniejszych od 3 m/s straty hydrauliczne mieszaniny przewyższają straty czystej wody. Ze wzrostem prędkości straty powiększają się jednak wolno i przy prędkościach przekraczających 3 m/s są niższe od strat przy przepływie samej tylko wody. Opisana osobliwość występuje także w wielu innych przypadkach przepływu.

Badania poświęcone charakterystykom topnienia lodu miały na celu określenie związku między mocą chłodniczą przekazywaną wodzie a jej wydatkiem oraz ilością lodu w zbiorniku mieszania. Przeprowadzono pomiary obniżenia temperatury wody w zbiorniku w zależności od temperatury wody dolotowej (od 15 do ponad 20 °C), jej wydatku (0.25÷0.5 kg/s) oraz ilości lodu (85÷140 kg/m²). Uzyskano moc chłodniczą od 20 do 45 kW. Temperatury wylotowe wynosiły 0.2÷0.4 °C w przypadku dużej ilości lodu oraz 0.7÷1.1 °C przy mniejszej ilości lodu.

Instalacja pilotowa powstała w drugiej połowie lat osiemdziesiątych w kopalni złota Harmony Gold Mine. Produkcja lodu w ilości 12 kg/s prowadzona była techniką mrożenie-zbieranie. Lód transportowano z powierzchni do wyrobisk dołowych na głębokości 1088 m. Układ chłodniczy z lodem wdrożono w kopalni East Rand Proprietary Mines, gdzie potrzeba było 24 000 ton lodu na dobę dla kilku central klimatyzacyjnych zlokalizowanych przy różnych szybach.

Ważną kwestią była produkcja dużej ilości lodu i transport do wyrobisk kopalnianych oraz wybór sposobu wykorzystania lodu na dole. Przeprowadzono studialne badania korzyści ekonomicznych wynikających ze stosowania lodu w klimatyzacji. W rozważaniach porównywano projekt centralnej klimatyzacji z chłodziwem lodowym z projektem systemu z obiegiem zimnej wody chłodzonej w ziębiarkach zlokalizowanych na powierzchni. Założono miesięczne wydobycie 120 000 ton skał z czterech poziomów na głębokości od 3000 do 4000 m.

Potrzebna moc chłodnicza dla części kopalni o podanym wydobyciu wynosi od 25 do 50 MW.

Szkic rozważanej instalacji przedstawia rys.7.

Rys.7. Centralny system klimatyzacji kopalni o mocy 50 MW wykorzystujący lód

a - ziębiarka, b - wstępna chłodnia wody, c - chłodnia wyparna, d - zbiornik mieszania, e,f - komory zraszania

Stwierdzono, że najkorzystniejsze jest pneumatyczne przenoszenie lodu, który we wlotowej części rurociągu jest suchy lub prawie suchy i ma temperaturę równą kilku stopniom Celsjusza poniżej zera. W pracach studialnych przyjęto, że do produkcji lodu zostaną wykorzystane dobrze sprawdzone i dostępne maszyny wytwarzające lód do przechowywania żywności.

Badacze niemieccy zaproponowali trzy różne typy układów klimatycznych z lodem (rys.8).

Rys.8. Koncepcje wykorzystania lodu do klimatyzacji kopalń

a - ziębiarka, b - chłodnia kominowa, c - wytwórnia lodu typu zamrażanie-zbieranie, d - próżniowa wytwórnia lodu zawiesinowego, e - koncentrator, f - zbiornik mieszania, g - trójkomorowy zasilacz rurociągu, h - układ redukujący ciśnienie z turbiną Peltona, i - dołowy obieg zimnej wody z chłodnicami powietrza

Jeden z nich a) przewiduje stosowanie suchego (czyli 100%) lodu, produkowanego metodą zamrażanie-zbieranie. Lód ma być następnie transportowany w rurze wykonanej z PCV, zabudowanej w szybie. Spada w niej grawitacyjnie do zbiornika, w którym część wody wracającej z chłodnic powietrza obniża swoją temperaturę, dzięki ciepłu utajonemu topnienia lodu. Wychłodzona woda jest następnie transportowana do wodnych chłodnic powietrza. Na powierzchnię pompuje się strumień masy wody równy strumieniowi masy lodu, uzyskując stałą masę czynnika w obiegu dołowym.

Drugi typ układu klimatycznego z lodem b) przewiduje zastosowanie mieszaniny wodno-lodowej o 40% stężeniu lodu. W szybie mieszanina transportowana jest w rurociągu. Dla omawianego typu układu klimatycznego lód może być produkowany metodą zamrażanie-zbieranie lub metodą próżniową. Obniżenie ciśnienia między wysokoprężną i niskoprężną częścią obiegu można uzyskać stosując trójkomorowy system zasilania rurociągu.

Trzeci typ systemów klimatyzacji proponowanych przez badaczy niemieckich c) przewiduje zastosowanie mieszaniny wodno-lodowej z 5% stężeniem lodu, produkowanego metodą próżniową. Takie stężenie lodu zapewnia rekompensatę strat cieplnych w wysokoprężnej części obiegu chłodziwa. W celu zmniejszenia ciśnienia wody w obiegu dołowym można stosować wysokoprężny wymiennik ciepła, co wiąże się ze wzrostem temperatury wody o ok. 3°C w stosunku do obiegu szybowego. W związku z tym rozważana była możliwość stosowania układu z turbiną Peltona. Jednak w tym przypadku ziarenka lodu nie mogą mieć średnicy większej niż 1 mm.

Badania objęły także przypadek zastosowania w klimatyzacji kopalń mieszaniny wodno-lodowej, transportowanej aż do chłodnic powietrza, gdzie w specjalnej rurze następowało topnienie lodu. Temperatura wlotowa wody wynosiła niewiele ponad 0 °C.

Pierwsza i trzecia koncepcja centralnego układu klimatyzacji z lodem analizowana przez niemieckich badaczy pokrywa się z rozwiązaniami stosowanymi w górnictwie złota RPA.

Na rys.9 i 10 przedstawiono obiegi zimnej wody z lodem chłodzących powietrze w przeponowych wymiennikach ciepła i w komorach zraszania.

Rys. 9. Szkic obiegu zimnej wody ochłodzonej za pomocą lodu z przeponową chłodnicą

Rys.10. Szkic obiegu wody ochłodzonej za pomocą lodu z komora zraszania o dużej mocy

Korzyści związane ze stosowaniem lodu są wielorakie. Do przeniesienia dużej mocy chłodniczej służy rurociąg szybowy o mniejszej średnicy niż do przepływu zimnej wody Jest to korzystne szczególnie w szybach wdechowych, gdzie zazwyczaj jest mało miejsca. Zamocowanie i utrzymanie w szybie rurociągu (przewodu) o mniejszej średnicy jest łatwiejsze i prostsze.

Z punktu widzenia wytrzymałości materiałów stan naprężeń w ściance rurociągu w tym przypadku jest również korzystniejszy niż przy dużej średnicy. Na dole kopalni ilość urządzeń służących klimatyzacji jest mała. Następuje znaczna redukcja zapotrzebowania na energię elektryczną na dole w porównaniu z przypadkiem, gdy ziębiarki układu klimatyzacyjnego znajdują się w wyrobiskach kopalnianych. W celu uzyskania prostoty instalacji nie odzyskuje się energii kinetycznej lodu spadającego z góry w rurociągu. Lód stosuje się do chłodzenia wody przepływającej w podziemnym obiegu przez bezpośredni kontakt i topnienie w podziemnym zbiorniku, w którym panuje temperatura zbliżona do 0 °C. W innych systemach chłodzenia wodę udaje się ochłodzić do temperatury 4÷6 °C. W związku z tym w instalacji z lodem wydatek do przeniesienia mocy chłodniczej w obiegu zimnej wody może być odpowiednio niższy. W konsekwencji mogą być zmniejszone wymienniki ciepła i inne urządzenia, na przykład pompy.

4. UKŁADY KLIMATYCZNE Z ZIMNĄ WODĄ TECHNOLOGICZNĄ

Ilość wody używanej do wiercenia oraz do zwilżania pyłu w przodkach i na przesypach oraz do chłodzenia niektórych urządzeń mechanicznych jest znaczna. W kopalniach złota w RPA wynosi 0.5÷2 m³ na 1 tonę urobionych skał. W czasie zmiany wydobywczej zużycie wody w przybliżeniu wynosi 2 l/s na każde 100 m długości przodkowej. W przeciętnych warunkach wlotowa temperatura wody technologicznej na poziomie robót górniczych wynosi + 30 °C a po spłynięciu na spąg osiąga + 33 °C. Odbiór ciepła na odcinku 100 m wyrobiska wynosi zatem około 2*4.18*(33-30) = 25 kW. W kopalni posiadającej urządzenia chłodnicze stosunkowo łatwo można ochłodzić wodę technologiczną, na przykład do 15 °C. Strumień 2 l/s tej wody może odebrać ciepło 2*4.18*(33-15)=150 kW. W przypadku dobrze izolowanych rurociągów temperatura wody może wynosić 5 °C. Przy założeniu wzrostu temperatury wody do około 33°C uzyskuje się moc chłodniczą przekraczającą 200 kW. Wyliczone wydajności chłodzenia za pomocą wody technologicznej są równe w przybliżeniu dopływowi ciepła w większości przodków w kopalniach złota RPA na 100 m odcinku wyrobiska eksploatacyjnego. Transport ciepła od skał i od wody ze szczelin i pęknięć przebiega w czasie w sposób ciągły. W celu utrzymania odpowiednich warunków klimatycznych konieczne jest zapewnienie ciągłego rozpylania zimnej wody technologicznej, także w czasie gdy nie prowadzi się tych prac, w których używa się wodę. Z obserwacji i doświadczeń kopalń rud złota w RPA wynika, że w wielu przypadkach stosowanie wody technologicznej może być skutecznym środkiem poprawy warunków klimatycznych. Woda o temperaturze niższej od temperatury powietrza w punkcie rosy nie paruje lecz wykazuje działanie prowadzące do zmniejszenia wilgotności powietrza kopalnianego. Pod działaniem ochłodzonej wody technologicznej wilgotność i temperatura na termometrze wilgotnym mogą być zmniejszone dzięki efektowi wykraplania pary wodnej i ochłodzenia powietrza. Efektywność poprawy warunków klimatycznych dzięki stosowaniu chłodnic powietrza jest najwyższa w bezpośrednim sąsiedztwie tych urządzeń i silnie zmniejsza się w niewielkim nawet oddaleniu. Natomiast efektywność wychłodzonej wody technologicznej jest wysoka wszędzie. Przy danej mocy chłodniczej woda technologiczna zmniejsza temperaturę powietrza w większym stopniu niż urządzenie chłodnicze o takiej samej mocy.

Ochładzanie tuszem wodnym może być szczególnie skuteczne wtedy, gdy czasowo konieczna jest praca w bardzo gorących warunkach. W przypadku niektórych akcji ratowniczych doprowadzenie wody technologicznej i zastosowanie jej może być najłatwiejszym a w niektórych przypadkach jedynym sposobem zapewnienia warunków cieplnych umożliwiających podjęcie odpowiednich prac.

Istotną korzyścią jest uzyskanie mocy chłodniczej na powierzchni i przekazanie wody

technologicznej do wyrobisk dołowych. Nie wymaga to pracy urządzeń chłodniczych na dole kopalni, nie ma problemu z odprowadzeniem ciepła od skraplaczy, które w tym przypadku znajdują się na powierzchni.

Poprawa warunków klimatycznych za pomocą chłodzonej wody technologicznej może być skuteczna tylko w niektórych przypadkach. Metoda ta jest bardziej efektywna w przypadku urabiania skał przez odstrzelenie lub techniką skrawania a nie przez masowe strzelanie.

Strumień powietrza powinien płynąć z jednego przodka roboczego do następnego jednym prądem. Tak jest właśnie w przypadku kopalń złota w RPA, gdzie stosuje się eksploatację systemem ścianowym. Wyrobiska eksploatacyjne mogą być podzielone na półki rozmieszczone schodkowo. Powietrze dopływa od dołu i płynie w górę jednym strumieniem opływając kolejno półki i odbierając ciepło od ociosów i od odstrzelonego urobku. Znaczna część wody technologicznej użyta jest do zraszania urobku i spągu w celu zmniejszenia zapylenia. Zimna woda pochłania dużą część ciepła wydzielonego z tych źródeł (to znaczy od urobku i od skał spągowych) ogrzewając się i ciepło to nie płynie do powietrza. W takim przypadku zwilżanie zmniejsza potrzebę stosowania klasycznego urządzenia klimatyzacyjnego.

Rozwiązanie klimatyzacji za pomocą wody technologicznej niekiedy pozwala uniknąć rozbudowy podziemnych układów klimatyzacji, w przypadku gdy istnieją nikłe możliwości odprowadzenia ciepła skraplania czynnika chłodniczego, z uwagi na brak dostatecznie dużego wydatku zużytego powietrza o pożądanych parametrach temperatury. Taka sytuacja panowała w Buffelsfontein Gold Mining Company's South Shaft w RPA przed 20 laty. Zachodziła konieczność zwiększenia zdolności chłodniczej na głębokości 2400 m o około 17 MW a istniały już urządzenia o mocy 13 MW. Rozważano możliwości alternatywnych metod klimatyzacji robót, w szczególności zastosowania ochłodzonej wody technologicznej.

Przeprowadzono także doświadczenie, którego celem było określenie efektu zastosowania wody technologicznej ochłodzonej do 10 °C w polu o temperaturze pierwotnej skał równej 43 °C.

Stwierdzono, że panujące warunki są korzystne na tle panujących w przodkach z

konwencjonalną klimatyzacją. Woda była dostarczana z powierzchni, w izolowanych cieplnie rurociągach.

5. ZAKOŃCZENIE

1) Przed górnictwem rud miedzi i węgla w Polsce staje zadanie zaprojektowania i budowy centralnego systemu klimatyzacji. Konieczność ta wynika z niekorzystnych warunków klimatycznych, panujących w kopalniach. Są one rezultatem wysokiej temperatury pierwotnej skał oraz znacznych ilości ciepła wydzielanych przez pracujące maszyny. Uznać należy, że środki wentylacyjne związane ze zwiększeniem ilości powietrza zostały już wyczerpane.

2) Wybór generalnej koncepcji klimatyzacji centralnej wiąże się z określeniem, które z

dotychczas stosowanych rozwiązań jest najbardziej korzystne w warunkach panujących w konkretnej kopalni. Naszkicowany wyżej zarys rozwoju układów klimatycznych, szczególnie centralnych, zawiera informacje o istniejących możliwościach technicznych. Wstępnie można sugerować, że dla kopalń rud miedzi korzystne są układy klimatyzacyjne z ziębiarkami chłodzącymi wodę na powierzchni lub na dole i na powierzchni. W przypadku przyjęcia rozwiązania z wysoką temperaturą wody w obiegu chłodzącym skraplacze dodatkowym problemem technicznym i ekonomicznym może być wykorzystanie ciepła odpadowego dzięki

pompom cieplnym do ogrzewania i innych celów komunalnych. W przypadku stosowania pomp cieplnych rezygnuje się z niektórych urządzeń chłodzących wodę, odbierającą ciepło od skraplaczy takich jak chłodnie kominowe oraz wstępne chłodnie wody.

3) Należy także uwzględnić nakłady finansowe oraz możliwości dostosowania układu

klimatyzacji do zmieniających się warunków pracy, takich jak sezonowe warunki atmosferyczne, możliwości zmian wydobycia jako reakcji na koniunkturę lub wyniku gospodarki zasobami. W związku z tym mogą wystąpić różnice między potrzebną mocą chłodniczą a zdolnością chłodniczą układu klimatyzacji. Zmniejszenie mocy chłodniczej zwykle nie stanowi większego problemu. Natomiast stopień trudności zwiększenia mocy zależy od lokalizacji urządzeń. W urządzeniach z ziębiarkami na powierzchni można zamontować dodatkową ziębiarkę na powierzchni lecz wąskim gardłem może okazać się rurociąg szybowy, gdyż różnice temperatur narzucone są przez stosowany sprzęt i wobec tego zwykle konieczny jest wzrost wydatku chłodziwa. Łatwiej zwiększyć zdolność chłodniczą w przypadku mieszanego układu chłodniczego, przez dodanie ziębiarki na dole. Obieg szybowy przejmuje wtedy ciepło kondensacji i wzrasta temperatura wypływającej wody. Na powierzchni należy zwiększyć moc wstępnego chłodzenia. W przypadku ziębiarek zlokalizowanych na dole zwiększenie mocy ograniczone jest możliwością zrzucenia ciepła odpadowego. Gdy całe będące do dyspozycji powietrze zużyte odbiera ciepło kondensacji to zwiększenie mocy chłodniczej wiąże się ze wzrostem temperatury skraplania i zużycia energii na jednostkę mocy chłodniczej.

---